[发明专利]一种羟基硝酸镍/碳复合电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种羟基硝酸镍/碳复合电极材料的制备方法，属于材料技术领域。将水溶性有机燃料溶解在水中搅拌均匀；将硝酸镍加入上述水溶液中搅拌均匀得到前驱物水溶液；调节前驱物水溶液的pH；前驱物水溶液置于加热设备中，通入空气，升高温度，反应一定时间，得到复合材料水洗、干燥即得到一种羟基硝酸镍/碳复合电极材料。本发明通过一步反应制备羟基硝酸镍/碳复合电极材料，制备工艺简单、快速、能耗低且适用于大规模生产。制备的羟基硝酸镍/碳复合电极材料具有纳米级尺寸，羟基硝酸镍结晶度低，具有优异的电化学性能，可以作超级电容器的电极材料。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种羟基硝酸镍/碳复合电极材料的制备方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展、化石能源的不断消耗、环境污染的日益严重，研究一种高效、低成本、环境友好、高性能的能源转换和储存系统已经迫在眉睫。超级电容器由于其功率密度高，充放电速率快，循环寿命长，环境友好等优点，成为一种极具潜力的能源储存装置。超级电容器根据储存机理的不同，可以分为双电层电容器和赝电容电容器。碳材料具有高比表面积、成本低、循环寿命长等优点而被应用于电化学双电层电容器中，但是其比电容低严重限制了碳基电极材料的商业发展；过渡金属基材料由于其具有高的比电容和优异的循环可逆性，因此被认为是最理想的法拉第赝电容器电极材料，但是金属基材料的导电性、稳定性差，使实际容量低于理论容量。因此目前更多的研究倾向于将双电层电容器材料和赝电容电容器材料相复合，制备复合材料，发挥二者的协调作用，更大限度地提高其电化学性能。而在复合电极材料的制备方面，复杂繁琐的化学合成路径，高成本的合成原料，费时的制备过程，不可控难重复的制备条件，成为限制其发展及产业化的强大阻力和瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于公开一种作为超级电容器电极材料的羟基硝酸镍/碳复合材料及其制备方法。该方法制备工艺简单，反应物价格便宜，适合大规模生产；生产过程中耗能少，无污染；得到的新型羟基硝酸镍/碳复合材料作为电极材料具有较高的比容量。

本发明的技术方案：

一种羟基硝酸镍/碳复合电极材料的制备方法，步骤如下：

(1)配制前驱体水溶液

前驱体水溶液包括水、燃料和硝酸镍，按照质量比100：5～40：20～50混合；

所述的前驱体水溶液的pH为1-6，优选为3-4。

(2)溶液燃烧反应得到粗产物

步骤(1)得到的前驱体水溶液进行燃烧反应，燃烧反应条件为常压，空气环境中，反应温度为200～230℃，反应时间为40min～1h，得到羟基硝酸镍/碳复合电极材料的粗产物；

(3)水洗、烘干羟基硝酸镍/碳复合电极材料的粗产物，得到羟基硝酸镍/碳复合电极材料；其中，羟基硝酸镍化学式为Ni₃(NO₃)₂(OH)₄，其结晶状态为无定形或晶体，晶体颗粒尺寸为5-50nm；每100份质量的羟基硝酸镍/碳复合电极材料中，碳的质量为3～8。

所述的燃料为水溶性有机物，水溶性淀粉、葡萄糖、羟基葡萄糖、壳聚糖、柠檬酸、蔗糖、水溶性纤维素中的一种或两种以上混合。

选择氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液或氨水调节前驱体水溶液的pH，优选为氨水。

步骤(2)中反应温度从室温升高到215℃，升温速率为30-50℃/min，优选的升温速率为40℃/min。

步骤(2)中反应温度为215℃。