[发明专利]一种纳米氧化镍电极材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学和新能源材料领域，特别是提供了一种纳米氧化镍电极材料的制备方法及其作为超级电容器电极材料的应用。

背景技术

近年来，随着电动汽车以及各种电子设备的发展，电化学电容器逐渐成为研究热点．与传统电容器相比，电化学电容器能量密度更高、工作温度范围更宽．同时，它又具有传统化学电源无法比拟的高功率密度、长循环寿命及优越的脉冲充放电性能。

众所周知无定型水合氧化钌是高功率高能量密度超级电容器最有希望的电极材料，但价格昂贵资源匮乏，所用电解质污染环境，大大限制了它的商业开发。氧化镍等氧化物电极材料有着与水合氧化钌相似的功能，且价格便宜，很受研究人员的关注。尽管近年来已探索出多种合成纳米氧化镍的方法,但是依旧存在以下问题需要解决:(1)制备工艺复杂,流程长;(2)用溶胶-凝胶法获得的纳米NiO固体多采用大量有机溶剂，形成凝胶过程中溶剂挥发对人体有害，不环保。（3）模板法制备纳米NiO过程中，模板成本较高，不利于大规模生产。

此外，大量研究表明，NiO的电化学性能与形貌、比表面积、孔隙结构等因素密切相关。通常具有高比表面积和发达孔隙结构的NiO材料所表现出的电化学性能更加优异。

因此，如何使NiO制备过程工艺简单，流程缩短，采用的原材料对环境无害，成本低等显得至关重要。并且寻求一种新的制备方法，制得的NiO材料具有高比表面积、高孔隙率、使用寿命长、循环稳定性好、比电容高、电化学性能优异是实现现代化生产的重要关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于超级电容器的纳米氧化镍电极材料及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种纳米氧化镍电极材料，所述纳米氧化镍电极材料按以下方法制备得到：将木质素磺酸盐和镍源溶于水中，加入碱性物质得到反应液，加热至70-95℃（优选80~90℃）温度下反应2-3小时，生成沉淀，将反应混合液离心后过滤，滤饼洗涤、烘干，再于300-600℃温度下煅烧3~5小时，以除去模板剂，，制得所述纳米氧化镍电极材料；所述镍源为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或两种以上的混合，优选硫酸镍或硝酸镍；所述镍源、木质素磺酸盐的质量比为1：0.6～1，所述碱性物质与水的质量用量比为20～40：100。

所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙中的一种或两种，优选木质素磺酸钠。

所述碱性物质优选为质量百分浓度25%-28%的氨水、三乙醇胺、三乙胺、氢氧化钾、六次甲基四胺中的一种或两种以上的混合，优选为六次甲基四胺或三乙胺。

所述镍源优选为硝酸镍或硫酸镍。

所述水的体积用量通常以镍源的质量计为20～50mL/g，优选20～40mL/g。

所述煅烧的温度优选为350～450℃。

所述滤饼洗涤、烘干，通常用蒸馏水洗涤，在80℃温度下烘干12h-48h。

本发明提供的纳米氧化镍电极材料可应用作为超级电容器电极材料。制备超级电容器电极的方法可采用本领域技术人员公知的各种方法。纳米氧化镍电极材料在制成电极前一般需要研磨处理。

本发明的有益效果在于：纳米氧化镍制备方法简单，木质素磺酸盐作为模板剂原料廉价易得，没有高污染附加物产生。并且制备的纳米氧化镍材料具有高比表面积（图2，比表面积达到238m²·g^-1），良好的循环（图3）和大电流充放电（图5）稳定性，高比电容（图4）等优点，非常适合用作超级电容器的电极材料。本发明利用环保廉价的生物模版木质素制备新型介孔氧化镍，具有高比表面积、高比电容、低成本等优点，应用前景广阔。

附图说明

图1实施例1制得的纳米氧化镍电极材料的TEM图。

图2实施例1制得的纳米氧化镍电极材料的氮气的脱附吸附图，其中左上角的小图为孔径分布图，从图中可看出平均孔径在5-20nm之间。

图3实施例1制得的纳米氧化镍电极材料的循环伏安曲线，图3中，曲线a、b、c分别是循环10次、500次、1000次时的循环伏安曲线。

图4实施例1和实施例2制得的纳米氧化镍电极材料比电容相对循环次数曲线图，图4中，曲线Na-NiO代表实施例1制得的纳米氧化镍电极材料，曲线Ca-NiO代表实施例2制得的纳米氧化镍电极材料；

图5是实施例1制得的纳米氧化镍电极材料的恒流充放电图

具体实施方式

以下结合具体实施例来对本发明进行进一步的描述，但本发明的保护范围不限于此。实施例1