[发明专利]一种超级电容器用钒酸镍材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开一种超级电容器用钒酸镍材料的制备方法，步骤一：将钒酸铵溶解在溶剂中，加入硝酸镍，得到反应前驱液；步骤二：将反应前驱液用碱性结构导向剂调节pH值至7‑12，混合均匀，得到反应混合液；步骤三：将反应混合液转移到高压釜中，在100‑180℃下反应8‑15小时，得到产品钒酸镍材料。采用一步水热法，以多种碱性试剂为结构导向剂，并通过调节pH获得钒酸镍材料，操作简单且安全、成本低、产物纯度高。还公开一种花状钒酸镍材料，呈片层堆积的花状结构，比表面积较大，有良好的导电性和表面渗透性，反应活性位点多。还公开一种花状钒酸镍材料作为超级电容器电极材料应用，表现出高比电容，良好的电容保持率和倍率性能，电化学阻抗低。

技术领域

本发明涉及双金属氧化物电极材料技术领域，具体涉及一种超级电容器用钒酸镍材料、其制备方法及应用。

背景技术

近年来，不断增长的能源需求和环境问题迫切需要开发环境友好的能源和储能装置。超级电容器作为新型电化学储能器件，以其优越的功率密度、快速的充放电能力和优异的循环稳定性等突出的电化学性能引起了人们的广泛关注。根据储能机理不同，超级电容器一般分为两类，即双电层电容器(EDLC)和赝电容电容器。EDLC的材料多为碳材料，如活性炭、碳纳米管、石墨烯等，通过在电极与溶液界面形成双电层进行能量储存。而赝电容电容器的工作原理是把电能转化为化学能储存，一般赝电容材料有金属氧化物和导电聚合物。阻碍超级电容器在储能领域广泛应用的主要挑战之一是其有限的能量密度。为了克服这一障碍，探索高比容量、宽电位窗口的新型电极材料是超级电容器研究的热点之一。

二元过渡金属氧化物(BTMO) 作为一种电池材料，由于其晶体结构的多重氧化态和独特的电化学储能机制，引起了研究领域的广泛关注最近。通过将不同金属元素引入单一金属氧化物中而组成的混合金属氧化物，可以协同地改善单金属氧化物的可逆容量，电化学稳定性和倍率性能。钒氧化物作为一种重要的混合金属氧化物，由于合成结构特殊的钒氧化物的困难，几乎被人们遗忘。钒酸镍具有显著的电化学性能，纳米片和纳米管等结构已被制备并被验证可以作为高性能的锂离子电池负极材料使用。

Vaiyapuri Soundharrajan等人在Ceramics International报道了的一种简单的金属有机骨架-燃烧(MOF-C)技术一锅法合成Ni₃V₂O₈(NVO)。其形貌为不规则的棒状、多孔的苦瓜和微/纳米杂化的颗粒。将该材料作为锂离子电池 (LIBS) 电极材料，在锂电池负极测试中，电极的首次放电容量为1362 mA h g^-1，可逆容量为822 mA h g^-1。在2000 mA g^-1下，经5000次循环后，仍能保持724 mA h g^-1的可逆容量。

丁书江研究团队在J. Mater. Chem. A报道了采用简单的水热方法和焙烧工艺，首次成功地制备了有序介孔碳(CMK-3)负载Ni₃V₂O₈的新型有序杂化纳米结构(Ni₃V₂O₈@CMK-3)。得益于其坚固的多孔结构和优良的导电特性，制备的层状杂化Ni₃V₂O₈@CMK-3复合材料具有较高的循环稳定性，在电流密度为500 mA g^-1下循环200次后，其可逆容量高达945.9mA h g^-1，当循环电流密度为20 A g^-1时，其高速率容量为161.5 mA h g^-1。

申请公开号为CN108101123A的中国发明专利申请公开了一种正四棱柱钒酸镍纳米材料及其制备方法，可以应用在超级电容器电极材料等储能领域中。