CN102426925A - 钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法 - Google Patents

钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法 Download PDF

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Abstract

钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，它涉及一种掺杂氢氧化镍复合电极材料的制备方法。本发明要解决纯氢氧化镍循环稳定性差，现有的复合工艺复杂等技术问题。方法如下：一、将泡沫镍基体材料清洗，制成薄片，烘干备用；二、将Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O、蒸馏水和乙醇混合，搅拌，获得电沉积液；步骤三、以步骤一处理后的泡沫镍基体材料为阴极，以石墨电极为阳极，在沉积液中进行电沉积，得到产品。本发明直接在基体上沉积电极材料，省去了涂覆工序及胶黏剂的使用，也使电极材料在基体上分布均匀。该方法工艺简单、易行，成本低，制备的电极材料电化学性能优异。

Description

钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法
技术领域
本发明涉及一种掺杂氢氧化镍复合电极材料的制备方法，特别涉及乙醇-水体系中采用电沉积法制备一种钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的制备方法。
背景技术
超级电容器是一种介于蓄电池和传统介电质电容器之间的新型的储能元件，具有高比能量、良好的可逆性和长循环寿命，以其潜在应用于混合型或纯电动汽车为背景而为人瞩目。超级电容器容量的不断提高，对电极材料储电量的要求也越来越高。氢氧化镍由于具有较好电容性能近年来引起广泛关注。
纯的氢氧化镍电极材料的活性物质利用率较低，充放电过程中稳定性较差。为了提高活性物质的利用率，改善电极性能，须加入活性添加剂。在氢氧化镍电极中添加的元素主要有：Co、Cd、Zn、Mn等。常用的添加方式为直接在Ni(OH)2粉末中掺入相应盐或在电极表面包复一层金属的氢氧化物或氧化物，但这两种方法存在工艺复杂、混合不均一、粒径较大等缺点，故本发明采用制备方工艺更简单的电沉积法。
电沉积法是在外加电源的作用下，在阴极上还原析氢产生OH-，与沉积液中的Ni2+反应生成氢氧化镍在阴极沉积析出。电沉积法的优点是制备方法简单，工艺条件易控，能够利用共沉积技术在沉积物中掺入活性添加剂。本发明直接在基体上沉积电极材料，省去了将电极材料涂覆在基体的工序及涂覆电极材料时胶黏剂的使用，使电极材料在基体上分布更均匀、利用率更高，避免了胶黏剂的加入对电极材料电阻的影响。
发明内容
本发明要解决纯氢氧化镍循环稳定性差，现有的复合工艺复杂等技术问题；而提供了钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法.
本发明中钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将泡沫镍基体材料用乙醇或丙酮清洗，再用双辊机压制成薄片，烘干备用；
步骤二、按Ni(NO3)2·6H2O与Co(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶(0.05～0.9)、Ni(NO3)2·6H2O与Zn(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶(0.0005～0.03)、Ni(NO3)2·6H2O与蒸馏水的摩尔比为1∶(3～30)、Ni(NO3)2·6H2O与乙醇的摩尔比为1∶(1～13)的配比将Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O、蒸馏水和乙醇混合，在100～200rpm条件下搅拌0.1～1h，获得电沉积液；
步骤三、以步骤一处理后的泡沫镍基体材料为阴极，以石墨电极为阳极，在步骤二所得到的沉积液中进行电沉积，沉积电压为1.5～4V，沉积时间为0.5～2h，得到钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料。
本发明获得的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料在沉积时形成Ni1-y-xCoxZny(OH)2固溶体，改善了氢氧化镍的晶体结构，其中加人锌能够增强Ni-O键，增强镍原子和氧原子相互作用，提高结构稳定性，有利于循环寿命，降低氢氧化镍的电离能，从而提高跃迁能，即促进电子在体系中的传递，同时锌在强电解液中可以溶出，形成一些孔隙，降低质子扩散极化，有利于质子扩散，显著改善氢氧化镍的电位性能；加入钴可以提高放电电位，增强电极材料导电性降低欧姆极化，提高活性材料的利用率，提高氧气析出过电位，即提高充电效率。
本发明直接在基体上沉积电极材料，省去了涂覆工序及胶黏剂的使用，也使电极材料在基体上分布均匀。该方法工艺简单、易行，成本低，制备的电极材料电化学性能优异。采用循环伏安法测得钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料单电极的比电容最高值达到4653.94F/g。以钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料为正极与活性碳负极组成超级电容器，在7.5mA/cm-2放电电流下最大比电容为347.56F/g。
附图说明
图1是试验一制备得到的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的循环伏安测试图；图2是以钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极为正极，与活性碳负极组成超级电容器，恒流充放电测试图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将泡沫镍基体材料用乙醇或丙酮清洗，再用双辊机压制成薄片，烘干备用，；
步骤二、按Ni(NO3)2·6H2O与Co(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶(0.05～0.9)、Ni(NO3)2·6H2O与Zn(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶(0.0005～0.03)、Ni(NO3)2·6H2O与蒸馏水的摩尔比为1∶(3～30)、Ni(NO3)2·6H2O与乙醇的摩尔比为1∶(1～13)的配比将Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O、蒸馏水和乙醇混合，在100～200rpm条件下搅拌0.1～1h，获得电沉积液；
步骤三、以步骤一处理后的泡沫镍基体材料为阴极，以石墨电极为阳极，在步骤二所得到的沉积液中进行电沉积，沉积电压为1.5～4V，沉积时间为0.5～2h，得到钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一薄片的厚度为0.5mm。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与Co(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶(0.2～0.6)。其它和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与Zn(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶(0.0015～0.03)。其它和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与蒸馏水的摩尔比为1∶(5～25)。其它和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与蒸馏水的摩尔比为1∶(13～20)。其它和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与乙醇的摩尔比为1∶(3～12)。其它和参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与乙醇的摩尔比为1∶(5～8)。其它和参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三所述沉积电压为2～3V。其它和参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三所述沉积时间为1.0～1.5h。。其它和参数与具体实施方式一至九之一相同。
采用下述试验验证发明效果：试验一：钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料是按下述步骤进行的：步骤一、将泡沫镍基体材料用乙醇或丙酮清洗，再用双辊机压制成0.5mm的薄片，烘干备用；步骤二、按Ni(NO3)2·6H2O与Co(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶0.1、Ni(NO3)2·6H2O与Zn(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶0.0075、Ni(NO3)2·6H2O与蒸馏水的摩尔比为1∶14、Ni(NO3)2·6H2O与乙醇的摩尔比为1∶5的配比将Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O、蒸馏水和乙醇混合，在200rpm条件下搅拌0.5h得到电沉积液；步骤三、以步骤一得到的基体材料为阴极，以石墨电极为阳极，在步骤二所得到的沉积液中进行电沉积，沉积电压为3V，沉积时间为1.2h，得到钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料。
本试验制备得到的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的循环伏安测试图如图1所示。由图1计算得到，钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的比电容为2968.09F/g。以钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极为正极，与活性碳负极组成超级电容器，恒流充放电测试图如图2所示。由图2计算得到，在7.5mA/cm-2放电电流下最大比电容为202.88F/g。

Claims (10)

1.钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将泡沫镍基体材料用乙醇或丙酮清洗，再用双辊机压制成薄片，烘干备用；
步骤二、按Ni(NO3)2·6H2O与Co(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶(0.05～0.9)、Ni(NO3)2·6H2O与Zn(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶(0.0005～0.03)、Ni(NO3)2·6H2O与蒸馏水的摩尔比为1∶(3～30)、Ni(NO3)2·6H2O与乙醇的摩尔比为1∶(1～13)的配比将Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O、蒸馏水和乙醇混合，在100～200rpm条件下搅拌0.1～1h，获得电沉积液；
步骤三、以步骤一处理后的泡沫镍基体材料为阴极，以石墨电极为阳极，在步骤二所得到的沉积液中进行电沉积，沉积电压为1.5～4V，沉积时间为0.5～2h，得到钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料。
2.根据权利要求1所述的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于步骤一薄片的厚度为0.5mm。
3.根据权利要求2所述的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与Co(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶(0.2～0.6)。
4.根据权利要求3所述的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与Zn(NO3)2·6H2O摩尔比为1∶(0.0015～0.03)。
5.根据权利要求4所述的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与蒸馏水的摩尔比为1∶(5～25)。
6.根据权利要求4所述的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与蒸馏水的摩尔比为1∶(13～20)。
7.根据权利要求1-6任一项权利要求所述的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与乙醇的摩尔比为1∶(3～12)。
8.根据权利要求1-6任一项权利要求所述的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于步骤二所述Ni(NO3)2·6H2O与乙醇的摩尔比为1∶(5～8)。
9.根据权利要求7权利要求所述的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于步骤三所述沉积电压为2～3V。
10.根据权利要求9权利要求所述的钴、锌掺杂氢氧化镍复合电极材料的电沉积制备方法，其特征在于步骤三所述沉积时间为1.0～1.5h。
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