[发明专利]具有超高比容量的氧化镍材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超级电容器，尤其是赝电容的氧化镍电极材料的制备方法，属于新材料技术以及新能源技术领域。

背景技术

随着全球能源需求的急剧增加，化石燃料存储量的不断减少，以及伴随着化石燃料的使用所带来的环境问题，人类社会正面临着能源安全和环境保护越来越严峻的挑战。电池、电容器等新型能源逐渐引起了人们的关注。其中，超级电容器作为一种介于电容器和电池之间的新型储能元件，具有能量密度高、充放电速度快、功率密度高、充放电效率高、循环寿命长、安全性好以及无污染和免维护等优良特性，因此它在后备电源、替代电源、大功率输出等方面都有极为广泛的应用前景。

超级电容器按储能机理可分为两种：一种是基于电极/电解液界面电荷分离所产生的双电层电容电容器，它多采用具有高比表面积的炭作电极材料；另一种利用电极的表面及体相中发生的快速可逆的氧化还原反应形成法拉第赝电容。由于碳电极比电容小，限制了双电层电容器的应用。

近年来，关于法拉第赝电容器的研究较多。它多采用氧化钌等贵金属氧化物作电极材料，其中RuO₂超级电容器的比容量高达1340F/g[J.Electrochem.Soc.,151:A281-290(2004).]，但是RuO₂的价格昂贵，不易实现商品化。由于氧化镍、氧化钴和氧化锰等过渡金属氧化物具有和RuO₂相似的性质，因此倍受研究人员的关注，其中氧化镍资源广泛、价格低廉、环境友善，广泛地应用于电池电极材料上。

目前用于超级电容器的氧化镍电极材料已经取得了很大的进展，研究者正在研究多种方法制备具有良好电容特性的氧化镍电极。然而目前氧化镍电极材料的制备也大多借助模板剂或表面活性剂实现，不但制备过程复杂，而且指出的材料的比容量不是很高或倍率性能差。如Wen等采用聚丙烯酰胺和聚乙烯醇混合大分子做软模板，制备出海胆状多孔氧化镍，将其制成赝电容电极，在5m A的电流速率下比容量只有327F/g，性能不是很好[J Solid State Electrochem.,11:372-377(2007).]。Sumanta Kumar Meher等用十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂，采用微波法制备出花状氧化镍，将其用作电极材料，在2A/g的电流密度下比容量为370F/g，比容量也不是很高[ACS Appl.Mater.Interfaces,3:2063-2073(2011).]。Sun等用十二烷基硫酸钠做表面活性剂制备出的氧化镍纳米片做赝电容电极材料，在3A/g的电流密度下比容量为993F/g，而在15A/g下比容量衰减为445F/g，虽然低电流密度下容量很高，但其倍率性能很差，高电流密度衰减比较严重[J.Mater.Chem.,21:16581-16588(2011).]。

又，目前还公开了采用沉淀法先制备前驱体（氢氧化镍），然后再热处理以制备氧化镍的方案。例如CN1887728A公开了一种用于电化学电容器的氧化镍及其制备方法，其采用草酸钠和氢氧化钠为沉淀剂，吐温-80为表面活性剂，经液相沉淀、陈化得氢氧化镍超微粉末，然后在250～350℃下热处理2h。然而该法仍需使用表面活性剂，且制得的氧化镍的比容量为200F/g左右，比容量较低。CN102070207A公开一种制备纳米氧化镍的方法，其先采用例如乙酸钙等作为预沉淀剂与镍盐水溶液反应，得到镍配合物溶液，然后再将草酸钠、氢氧化钠等沉淀剂加入到镍配合物溶液中反应得前驱体，前驱体然后在300～600℃下焙烧2～8小时。该法虽然不需要使用表面活性剂，但其利用配位沉淀和预沉淀相结合的方法，其中配位预沉淀中的氧离子会与沉淀剂阴离子形成沉淀，其与由镍离子和沉淀剂阴离子形成的沉淀的有效分离是一个问题，即、易引入杂质。此外，CN102070207A也没有公开该法制备的氧化镍的比容量。

因此，采用简单方法制备出高比容量、且具有良好的倍率性能的氧化镍电极材料具有十分重要的理论和实际意义。

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，，本发明的目的是提供一种高比表面积多孔氧化镍电极材料及其制备方法和应用，为本领域增添一种无毒价廉，制备工艺简单，且有高电化学性能的电极材料。

在此，本发明提供一种具有超高比容量的氧化镍材料的新颖的制备方法，包括：将沉淀剂的乙二醇溶液加入至镍盐的乙二醇溶液，回流搅拌得前驱体；以及于250℃以上的温度下热处理所述前驱体得所述氧化镍材料；其中，所述沉淀剂为硼氢化钠。