[发明专利]钴酸镍/三维多孔碳非对称超级电容器的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种钴酸镍/三维多孔碳非对称超级电容器的制备方法及其产品，包括正极制备、负极制备和组装超级电容器。正极材料是通过水热法制备NiCo₂O₄海胆状材料，Ni和Co并且存在多个价态，使得其具有高于Co₃O₄和NiO的电化学活性，并同时具有协同作用；负极是通过冷冻干燥制备多孔结构三维多孔碳，碳材料骨架结构具备良好的导电性，碳材料的孔具有良好的电解液浸润性，可以提高比电容。后将正负极材料进行涂片并组装成非对称超级电容器。本发明通过制备纳米NiCo₂O₄正极材料及多孔碳负极材料组装非对称超级电容器，提高了窗口电压且增加了赝电容，提高了超级电容器的能量密度。

技术领域

本发明属于电化学电容器技术领域，尤其是一种钴酸镍/三维多孔碳非对称超级电容器的制备方法及其产品。

背景技术

在环境和能源问题的日益严重的背景下，寻找绿色环保的储能装置日益迫切，在此情况下超级电容器引起了人们的广泛关注。超级电容器又名电化学电容器，是一种介于普通电容器与电池之间的一种新型储能元件，它具备传统电容那样的放电功率,也具备化学电池储备电荷的能力，填补了两者之间的空白。它有功率密度大、循环寿命长、绿色环保的特点，但它也有能量密度低的致命缺点，从而导致与电池同等能量密度的超级电容器有着很大的体积和重量，不利于其广泛应用。因此众多学者致力于提高超级电容器的能量密度。

电化学电容器可以分为：1.双电层电容器，主要采用高比表面积碳材料，是基于碳电极/电解液界面电荷分离所产生的双电层电容；2.赝电容器，主要采用金属氧化物作为电极，利用氧化物电极材料表面和体相中发生的氧化还原反应而产生的吸附电容。无论上述哪一类超级电容器，其能量密度均远低于电池，成为限制其在储能领域大规模应用的瓶颈，因此提高超级电容器的能量密度就显得尤为重要。

根据能量密度计算公式E＝0.5CV²可以看出要想提高能量密度E,一是提高窗口电压V，二是提高电极材料的比电容C。有其他学者通过使用有机电解液来提高窗口电压，但是由于有机电解液的高污染性不利于超级电容器的广泛应用。拓宽窗口电压的另一方面就是构筑非对称超级电容器如CN 103258656 A公开了一种基于泡沫镍的非对称超级电容器电极的制备方法；CN 103871752 A公开了一种氧化铜基非对称型超级电容器及其制备方法。负极材料有学者利用生物质基体原本的孔结构直接活化烧结来制备高比表面积碳材料，如CN 104891491 A公开了一种超级电容器用竹笋壳基活性炭的制备方法；CN 104843685 A公开了一种以牲畜粪便为原料制备多孔类石墨烯碳电极材料的方法。但这种方法的孔结构不能有效控制，只能依赖生物质原本的孔隙。

发明内容

本发明提出了一种钴酸镍/三维多孔碳非对称超级电容器的制备方法及其产品，通过简单经济的方法制备电极材料，从而组装高能量密度的超级电容器。

本发明将通过以下技术方案得以实现：一种钴酸镍/三维多孔碳非对称超级电容器的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备NiCo₂O₄纳米材料：将可溶性镍盐：可溶性钴酸盐：尿素按摩尔比1:2：10～100超声分散于去离子水中搅拌1h～4h，后放入水热反应釜中120℃～180℃反应6h～12h，待冷却到室温进行抽滤洗涤后，在100℃～150℃条件下烘干2h～8h，后在管式炉中煅烧200℃～500℃，2h～8h，升温速度1℃/min，得到NiCo₂O₄纳米材料；

(2)制备NiCo₂O₄纳米材料正极：将NiCo₂O₄纳米材料、炭黑、PTFE按质量比8：1：1混合磁力搅拌4h～10h成浆料，后将浆料涂在泡沫镍上，60℃～100℃烘干2h～8h，压成薄片，再真空烘干得到NiCo₂O₄纳米材料正极；