[发明专利]一种钴镍钒氧电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种钴镍钒氧电极材料及其制备方法。其包括以下步骤：选用钴的可溶性强酸盐或/和镍的可溶性强酸盐，将其与含钒的可溶性盐、多元醇型非离子表面活性剂、伯胺有机碱混合，通过一步水热法制备得到电极材料。本申请中，通过多元醇型非离子表面活性剂和伯胺有机碱的协同作用，以提高整个电极材料表面的羟基密度。羟基可通过改变电极/电解液界面结构与表面张力，并在电极充放电过程中对本体溶液中的氢氧根离子产生相互作用，增加电极界面氢氧根离子的浓度，可促进电极材料的充电过程并同时改善放电过程，使材料的比电容和倍率性能都有提高。最终获得的材料比电容高，在1A/g的电流密度下比电容达到1434F/g。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种钴镍钒氧电极材料及其制备方法。

背景技术

世界经济一体化，引发全球对能源的需求日益增长，传统可利用的不可再生能源——化石燃料严重匮乏以及这些能源的消耗对环境造成的污染问题日益显现，严重影响社会的可持续发展与人民的生活质量的提升。因此电能、太阳能、核能、潮汐能、风能、地热能等环境友好、含量丰富的可循环清洁再生能源的研发是当今社会文明面临的严峻挑战之一，也是目前研究的热点之一，成为解决或缓解能源危机现状的最重要的方式。然而，这些生态环境友好、含量丰富的可循环清洁再生能源也有短板，例如：间歇性、变动性、不连续性、利用率低和高度依赖于自然环境一直限制它们成为发电的主力军。故解决问题的关键是研发高效、大容量、快速、成本低的储存能量装置，在高峰期储存多余的能量，在低谷期释放出多余的能量。此外，随着经济的发展，电子产品、电动车发展迅速，对储能系统有了更高的要求，关键是对能量密度与循环寿命有待提升，这也引发了人们广泛关注或参与研发可持续高效能电化学储能装置。

电能转换与储存体系有普通蓄电池、燃料电池与超级电容器。新型储能器件超级电容器其介于传统电容器与充电电池之间，是未来储能设备的发展趋势。超级电容器具有功率密度高（锂离子电池或二次电池功率密度的约10-100倍以上）、温度范围宽、充放电迅速（及其短时间内可释放几百甚至几千安培电流）、循环寿命长（可达到10000次）、导电性高、维护费用低、安全、绿色环保无污染等诸多优势，成为能源转化和储存的重要装置，在能源管理，混合动力车，航空，移动电子设备，记忆备份存储系统等领域已得到了广泛的运用。超级电容器充分结合了传统电容器和充电电池在功率密度和能量密度方面的优势，弥补了两者差距，具有显著高于传统电容器的能量密度和显著高于充电电池的功率密度。

现有技术中制得的电极材料的比电容仍待进一步突破，比如公开号为CN110364372A的专利文件公开的这样一种超级电容器用钒酸镍材料、其制备方法及应用，其制备方法包括：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。该申请中，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。其制得的钒酸镍材料，作为单电极材料时，在1A g^-1电流密度下，比电容为1054F g^-1。再比如公开号为CN105513836A的专利文件公开的这样一种超级电容器电极材料镍、钴复合纳米氧化物的制备方法，具体步骤为：（1）将四水合乙酸镍、四水合乙酸钴和尿素溶于去离子水中，搅拌20分钟后加入乙醇胺，再继续搅拌10分钟得到混合溶液；（2）将所得的混合溶液倒入水热反应釜中，再将该水热反应釜于110-130℃水热反应6-48小时，然后冷却至室温得到反应产物；（3）将所得的反应产物依次离心、洗涤和干燥，然后以5℃/min的升温速率升温至200-500℃煅烧3小时，最终制得具有纳米片、纳米颗粒和纳米丝三种不同结构的超级电容器电极材料镍、钴复合纳米氧化物。该申请中，在电流密度为0.5A/g时，比电容为1055F/g，而比电容会随电流密度增加而降低，其在1A/g电流密度下，比电容更低。

发明内容

本发明要解决上述问题，提供一种具有高比电容的钴镍钒氧电极材料及其制备方法。