[发明专利]一种镍基电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料领域，涉及一种镍基电极材料的制备方法——阳极氧化法。

背景技术

超级电容器（又名电化学电容器）是一种能量密度和功率密度介于传统电容器和二次电池的新型储能元件。由于具有高功率和长循环寿命等优点，超级电容器在电子设备和新能源领域得到了大量的应用。根据电极材料储能机理的不同，可以将超级电容器分为：1）双电层电容器（Electric Double Layer Capacitor，EDLC），利用电极和电解质界面的双电层来存储电荷；2）赝电容器（Redox Capacitor），利用电化学活性物质在电极的二维或者准二维空间发生吸附、脱附或者电化学氧化还原反应而产生电容。在超级电容器的电极材料中，炭基材料主要基于双电层电容来存储能量，而金属氧化物和导电聚合物主要基于法拉第赝电容或准法拉第赝电容来存储能量。炭基材料虽然具有大的比表面积、低成本和低内阻等优点，但是其能量密度较低，应用中受到一定的限制。金属氧化物的理论比电容远高于炭基材料，其中又以RuO₂的电化学性能最为出众。然而钌成本太高且具有毒性，严重地影响了其大规模的应用。在寻找替代钌的电极材料中，镍基材料由于具有成本低、来源丰富、理论比电容量大的优点而受到广泛关注。

材料的制备方法是影响电极性能的重要因素之一。通常超级电容器的镍基电极有两类制备方法。第一类利用沉淀法、溶胶凝胶法、水热法或热分解法等先制备镍基纳米颗粒，然后把纳米颗粒与导电剂、粘结剂均匀混合，最后再把混合物涂压于集流体（不锈钢、泡沫镍等）上。这种制备方法复杂、耗时，且所制备电极的功率密度受到不导电的粘结剂的限制。第二类制备方法利用气相沉积、化学或电化学等手段直接在集流体上沉积镍基材料。这种方法制备的电极中镍基活性材料与集流体的结合力较弱，反复充放电中活性材料极易从集流体上脱落下来，降低了超级电容器的循环寿命。

发明内容

本发明目的之一是提供一种超级电容器镍基电极材料的制备方法，该制备工艺简单，快速，不用添加任何导电剂或粘结剂。

本发明另一目的是提供上述方法制备的电极材料，其具有高的比电容和良好的导电性。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种镍基电极材料的制备方法，用含氟的电解液对镍片进行阳极氧化处理，阳极氧化电压以10mV/s～500mV/s的速率逐步由0V增加到3～6.5V，然后保持该电压15～60分钟，取出镍片清洗、干燥后即制得镍基电极材料；所述电解液包含质量分数0.5wt%～2wt%的氟化物、质量分数70wt%～85wt%的磷酸，余量为水。

优选地，所述阳极氧化电压首先以10mV/s～100mV/s的速率逐步由0V增加到3.5～6V。

优选地，所述磷酸的质量分数为80wt%～85wt%，氟化物的质量分数为0.5wt%～1.5wt%。

优选地，所述电解液的含水量小于20wt%。

优选地，所述电解液的pH值调节至0.5～2.5。

优选地，所述氟化物为氟化铵、氟化钠或氟化钾。

优选地，所述电解液还包含添加剂。

优选地，所述添加剂为EDTA和柠檬酸钠中的一种或两种。

优选地，所述电解液中EDTA的质量分数为0.1wt%～0.5wt%、柠檬酸钠的质量分数为0.2wt%～1wt%。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1）本发明采用阳极氧化法制备超级电容器镍基电极，电极表面的活性材料是在基体金属上原位生成，活性材料与基体结合牢固，导电性好。

2）在制备电极时不需要另加入导电剂和粘结剂等非活性物质，既减少了电极制备的工序，降低了制备成本，又提升了电极材料的比容量。

3）制备的电极材料具有较大的比表面积，比电容高，放电功率大。其中，比表面积达到103.3m²/g以上，比电容在100A/g的充放电速度下达到1140F/g以上。

附图说明

图1为实施例1制备的镍基复合膜层的XRD图；

图2为实施例1制备的镍基复合膜层的XPS图；

图3为实施例1制备的镍基复合膜层的表面形貌SEM图；

图4为实施例1制备的镍基复合膜层的（a）TEM图及（b）电子衍射花样图；

图5为实施例1制备的镍基复合膜层的（a）N₂的吸附和脱附曲线；（b）孔径分布曲线；

图6为实施例1制备的镍基复合膜层的循环伏安测试曲线；