[发明专利]一种镍掺杂的带状纳米碱式碳酸钴电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种镍掺杂的带状纳米碱式碳酸钴电极材料的制备方法，属于材料制备及储能技术领域。采用两步水热法在180℃下得到了一种带状纳米碱式碳酸钴，其长度约为500 nm、宽度在10 nm左右，厚度约为2 nm。同时本发明所制得纳米材料具有较好的电化学性能，其在1 A/g时其比容值分别为604 F/g、10 A/g时其比容值为498 F/g，从1 A/g至10 A/g其保持率为82.5%，表现了极佳的倍率性能。同时该纳米材料的制备具有成本低、易合成、反应无污染等优点，有较好的实际应用前景。

技术领域

本发明属于材料制备及储能技术领域，具体涉及水热法制备镍掺杂碱式碳酸钴电极材料，该材料具有相对新颖的形貌以及优异的电化学储能性能。

背景技术

超级电容器又名电化学电容器，是上个世纪80年代发展起来的一种新型的储能器件，其相较于传统电容器具有较高的能量密度，同时相较于蓄电池又具有较长的循环寿命、充电速度、较高的功率密度以及无污染等特点，基于其所具有的良好特性，使得人们对它的研究日益增多。

在超级电容器领域中，钴、锰、镍的氧化物及氢氧化物因其原料丰富、廉价低廉、理论比电容较高引起了研究者的广泛关注，但当前钴、锰、镍等的天然矿物盐为碱式碳酸盐，因此如何使其矿物盐得到最大的应用成为人们研究的焦点。目前，碱式碳酸钴被广泛的应用于合金电镀、催化剂、陶瓷工业等行业，因其具有较为丰富的氧化还原基团近年来其在锂离子电池及超级电容器领域也有较好的应用。

当前碱式碳酸钴的研究主要集中在制备方法及形貌上，其原料、制备方法及沉淀剂也有着较大差异。例如申请号为200910060801.6的中国专利以硝酸钴、甘氨酸以及氢氧化钠为原料通过水热制备了一种非晶碱式碳酸钴纳米棒；申请号为201110107577.9 的中国专利以有机溶剂/水为溶剂、尿素作为沉淀剂采用超重力水热反应获得了片状及花状的碱式碳酸钴纳米片，并将其作为合成四氧化三钴的原料；申请号为201210192923.2的中国专利以氯化钴和碳酸钠为原料通过合成、陈化、压滤、洗涤、干燥等程序获得了钴含量为52%的碱式碳酸钴；申请号为201610659180.3的中国专利以硝酸钴和石墨烯为原料、六甲基四胺作为沉淀剂获得了碱式碳酸钴；申请号为96195592.9的中国专利以氯化钴和碳酸氢钠合成了一种球状聚结的碱式碳酸钴并将其作为合成氢氧化钴的中间体；申请号为201310267016.4 的中国专利采用碳酸氢钠做沉淀剂合成了一种低阴离子残留的针状结构的碱式碳酸钴；申请号为201510589125.7 的中国专利采用乙酸钴和石墨烯合成了一种棒状结构碱式碳酸钴与石墨烯的复合物并将其应用于超级电容器；申请号为201810723243.6的中国专利以硝酸钴和尿素及石墨烯作为原料合成了一种线状结构的碱式碳酸钴与石墨烯的复合物并将其应用于锂离子电池领域；而本发明与上述不同，发明人通过两步水热法以乙二胺四乙酸二钠作为配位及形貌调控剂，氨水作为沉淀剂首次合成出了一种具有一定柔度的形貌新颖的镍掺杂的带状碱式碳酸钴纳米材料，并将其应用于超级电容器领域且取得了良好的比电容以及极佳的倍率性能。

基于以上叙述和举例可以得出，本发明一种镍掺杂的带状纳米碱式碳酸钴其方法独特、形貌新颖并在超级电容器用电极材料领域具有潜在的实用价值。

发明内容

本发明为一种镍掺杂的带状纳米碱式碳酸钴电极材料的制备并探讨了该电极材料的电化学储能性能。本方法制备过程较为简单，重复性较好，形貌新颖。同时，本发明制得的纳米材料具有较高的比电容，在1 A/g的电流密度下为604 F/g，2000次循环之后比电容高达初始比电容的81.2%。

一种镍掺杂的带状纳米碱式碳酸钴电极材料的制备方法步骤如下：