[发明专利]一种含镍水滑石/碳纳米管电极材料的制备方法

说明书

本发明属于电极材料技术领域，尤其涉及一种含镍水滑石/碳纳米管电极材料的制备方法。该方法首先采用混酸氧化，制得氧化碳纳米管；通过动态尿素法，以碳纳米管为基底，将含镍的水滑石良好地分散固定于碳纳米管上，得到含镍水滑石/碳纳米管电极材料；该复合材料在电流密度为1Ag^‑1时，比容量可达到997～1562Fg^‑1之间。本发明所述的方法，制备条件温和，工艺简单，制得的电极材料拥有较高的电化学性能，且具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，尤其涉及一种含镍水滑石/碳纳米管电极材料的制备方法，可适用于超级电容器。

技术背景

随着科技的不断进步和发展，人们对环境保护的意识不断增强，绿色能源已成为研究热点。超级电容器是一种介于二次电池和传统电容器之间的新型储能器件，同时具有电池的能量储存特性和电容器的功率特性，在众多领域具有广泛的应用，显现出巨大的应用价值。超级电容器内部主要由电极、电解质和隔膜构成，电极决定着超级电容器的主要性能指标，目前常用的电极材料主要有导电聚合物、碳材料、过渡金属氧化物及氢氧化物。其中，碳材料来源广泛，但是比电容较小且内阻大；金属氢氧化物比电容大，可承受大电流，但其在使用的过程中容易团聚。因此，以碳材料为框架，将金属氢氧化物与之复合，取长补短，可得到高性能的电极材料。

碳纳米管是一种具有无缝中空管状结构的纳米材料，具有优良的导电性能、化学稳定性、机械性能，比表面积大，易构成三维导电网络，在超级电容器、生物、锂离子电池等领域具有广泛的应用。但由于碳纳米管材料的内阻较大，比电容较小，大大制约了在超级电容器中的广泛使用。

水滑石(Layered double hydroxides)是由一种低价金属和高价金属离子组成的层状结构化合物，其板层结构带正电，层间有可交换的阴离子作为平衡离子，使整个结构呈电中性。水滑石板层金属离子可调变，层间阴离子具有组装性，目前已在催化、环境、医药、电池材料等方面得到广泛应用。然而，纳米水滑石材料在使用过程中，存在容易团聚的问题，导致充放电比电容衰减。若能将含镍水滑石材料和碳纳米管复合，优势互补，扬长避短，将有效解决上述问题。

作为水滑石的组成部分，镍的氢氧化物理论比电容高，成本低廉，是一种理想的超级电容器材料，但其存在一些缺点：充放电过程中会发生材料体积膨胀或分化，导电性低，多次循环稳定性差。因此需要掺杂其他的活性金属材料来提高结构稳定性。将其与导电性好的碳材料复合，两种材料发挥协同作用，弥补各自缺点的同时，也能让两者的优势得到发挥。故需要掺杂其他的活性金属材料来提高结构稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服含镍水滑石电极材料的不足，提供一种掺杂高价态金属的含镍水滑石/碳纳米管电极材料的制备方法。

本发明的一种含镍水滑石/碳纳米管电极材料的制备方法，包括如下步骤：采用混酸对碳纳米管进行氧化，制得氧化碳纳米管。将改性后的碳纳米管充分吸附金属盐溶液后，采用动态尿素法制得含镍水滑石/碳纳米管复合物。将制得的含镍水滑石/碳纳米管复合物制成电极浆料，涂抹在泡沫镍上，制成泡沫镍电极，进行电化学性能测试。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案：

一种含镍水滑石/碳纳米管电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备氧化碳纳米管；

(2)将金属镍的可溶性盐、掺杂金属的可溶性盐和尿素溶于去离子水中，超声得到混合溶液，加入步骤(1)制得的氧化碳纳米管，将混合液室温下搅拌，使氧化碳纳米管充分吸附金属离子；加热回流，冷却至室温后，将产物离心，用去离子水反复洗涤6-8次，50-100℃下真空干燥，得到含镍水滑石/碳纳米管复合材料。