CN104766725B - 一种用于超级电容器电极材料的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于超级电容器电极材料的制备方法及其应用，该电极材料的制备方法包括以下步骤：将钴酸镍与次磷酸钠按比例置于管式炉中，在惰性气氛下于300~500 oC焙烧1~5 h，冷却后即得到所述电极材料；上述制备方法制备的磷掺杂的钴酸镍复合电极材料应用在超级电容器中；本发明的制备方法原料廉价易得，合成工艺简单易实现，产品质量稳定且工艺重复性能好；本发明制备的磷掺杂的钴酸镍电极材料具有优异的超级电容性能。

Description

一种用于超级电容器电极材料的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及无机材料合成及其在电化学领域的应用，具体涉及一种用于超级电容器电极材料的制备方法及其应用。
背景技术
超级电容器又称为电化学电容器，是一种新型的储能器件，其性能优于传统的物理电容器和蓄电池，其优异的性能被认为是能量储存领域的一项革命性发展。
就超级电容器的研究和开发而言，总体而言可分成三部分: 1)高比容，高导电性和稳定性的电极材料的开发；2）具有高电压窗口的电解液的开发；3）新颖结构的超级电容器的设计，如非对称电容器。材料决定性能，电极材料对超级电容器的性能起着至关重要的作用。目前研究的活性电极材料包括：碳材料、过渡金属氧化物与氢氧化物、导电聚合物、金属卤化物等等。过渡金属氧化物（如RuO2，MnO2，Co3O4，NiCo2O4）由于价格低廉，性能优异吸引了研究者更多的注意。其中NiCo2O4具有高电导率和高比容，成为2010年以来研究的热点。为提高钴酸镍的性能，研究者采用了诸多的制备方法如溶胶凝胶，水热，电沉积等制备了各种不同形貌和不同结构的钴酸镍电极材料（J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 14759）。离子掺杂无论是金属掺杂还是非金属掺杂都是有效改善钴酸镍性能的有效方法。本专利中，我们对钴酸镍部分磷化处理，得到了掺杂磷的钴酸镍电极材料。检索文献可知，目前相关的报道有磷化镍（中国专利CN1958159A，CN101304089B， CN103566956A，CN 101898754B），磷化钴（中国专利CN101992109B），涉及的方法包括微乳法，水热法，溅射法等。但是尚未发现采用本专利描述的方法制备磷掺杂的钴酸镍并用于超级电容器电极材料的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种对钴酸镍进行磷化处理，引入非金属磷，从而得到磷掺杂的钴酸镍电极材料及其在超级电容器领域的应用。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种用于超级电容器电极材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将钴酸镍和次磷酸钠按比例置于管式炉中；
（2）在惰性气氛下，以规定升温速度升温到目标温度下焙烧；
（3）而后自然冷却到室温，即可得到所述的电极材料。
步骤（1）中所述的钴酸镍为钴酸镍粉末，或者已经负载在碳材料、泡沫镍上的钴酸镍。
步骤（1）中所述的钴酸镍与次磷酸钠的摩尔比为(Ni+Co)/P=1:5~25。
步骤（2）中所述的惰性气体为氮气或者氩气；升温速率为1~5 oC/min；所述的焙烧温度为300~500 oC；所述的焙烧时间为1~5 h。
本发明还提供上述制备方法制备的磷掺杂的钴酸镍复合电极材料在超级电容器中的应用。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的制备方法的原料廉价易得，合成工艺简单易实现，产品质量稳定且工艺重复性能好。本发明制备的磷掺杂的钴酸镍电极材料具有优异的超级电容性能。
附图说明
图1为本发明的实施例8 所制备的磷掺杂的钴酸镍的SEM图。
图2为本发明的实施例8 所制备的磷掺杂的钴酸镍的EDS能谱图。
图3为本发明的实施例8所制备的磷掺杂的钴酸镍的循环伏安性能图 。
图4为本发明的实施例8所制备的磷掺杂的钴酸镍的的充放电性能图 。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
将钴酸镍粉末和次磷酸钠按照(Ni+Co)/P摩尔比为1:5置于管式炉中，在氮气气氛下，以1 oC/min的升温速度升温到300 oC焙烧5 h，而后自然冷却到室温，即可得到所述的磷掺杂的钴酸镍电极材料。
注：（Ni+Co)/P摩尔比在本专利中表示钴酸镍（NiCo2O4）中所含的Ni和Co的摩尔数之和与次磷酸钠中所含的P元素的摩尔比，下同。
实施例2
将钴酸镍粉末和次磷酸钠按照(Ni+Co)/P摩尔比为1:10置于管式炉中，在氮气气氛下，以5 oC/min的升温速度升温到400 oC焙烧2 h，而后自然冷却到室温，即可得到所述的磷掺杂的钴酸镍电极材料。
实施例3
将钴酸镍粉末和次磷酸钠按照(Ni+Co)/P摩尔比为1:15置于管式炉中，在氮气气氛下，以2 oC/min的升温速度升温到350 oC焙烧3 h，而后自然冷却到室温，即可得到所述的磷掺杂的钴酸镍电极材料。
实施例4
将钴酸镍粉末和次磷酸钠按照(Ni+Co)/P摩尔比为1:15置于管式炉中，在氩气气氛下，以4 oC/min的升温速度升温到450 oC焙烧2 h，而后自然冷却到室温，即可得到所述的磷掺杂的钴酸镍电极材料。
实施例5
将钴酸镍粉末和次磷酸钠按照(Ni+Co)/P摩尔比为1:20置于管式炉中，在氩气气氛下，以4 oC/min的升温速度升温到500 oC焙烧1 h，而后自然冷却到室温，即可得到所述的磷掺杂的钴酸镍电极材料。
实施例6
将钴酸镍粉末和次磷酸钠按照(Ni+Co)/P摩尔比为1:25置于管式炉中，在氩气气氛下，以1 oC/min的升温速度升温到500 oC焙烧1 h，而后自然冷却到室温，即可得到所述的磷掺杂的钴酸镍电极材料。
实施例7
将钴酸镍粉末和次磷酸钠按照(Ni+Co)/P摩尔比为1:25置于管式炉中，在氩气气氛下，以2 oC/min的升温速度升温到350 oC焙烧3 h，而后自然冷却到室温，即可得到所述的磷掺杂的钴酸镍电极材料。
实施例8
将负载在碳纤维纸上的钴酸镍和次磷酸钠按照(Ni+Co)/P摩尔比为1:25置于管式炉中，在氩气气氛下，以2 oC/min的升温速度升温到350 oC焙烧3 h，而后自然冷却到室温，即可得到所述的磷掺杂的钴酸镍电极材料。
实施例9
将负载在碳纤维布上的钴酸镍和次磷酸钠按照(Ni+Co)/P摩尔比为1:20置于管式炉中，在氩气气氛下，以5 oC/min的升温速度升温到400 oC焙烧2 h，而后自然冷却到室温，即可得到所述的磷掺杂的钴酸镍电极材料。
实施例10
将负载在泡沫镍上的钴酸镍和次磷酸钠按照(Ni+Co)/P摩尔比为1:25置于管式炉中，在氩气气氛下，以3 oC/min的升温速度升温到400 oC焙烧2h，而后自然冷却到室温，即可得到所述的磷掺杂的钴酸镍电极材料。
实施例11
采用电化学工作站，三电极测试方式，以2 mol/L的KOH溶液为电解液进行电化学性能测试。以实施例8制备的电极材料为例，测试的活性材料的SEM和EDS能谱如图1，2所示，得到的循环伏安曲线如图3所示，充放电性能如图4所示，在电流密度为8 mA cm-2的条件下其超级电容性能分别为 0.95 F cm-2。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将钴酸镍和次磷酸钠按比例置于管式炉中；
（2）在惰性气氛下，以规定升温速度升温到目标温度下焙烧；
（3）而后自然冷却到室温，即可得到所述的电极材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的钴酸镍为钴酸镍粉末，或者已经负载在碳材料或泡沫镍上的钴酸镍。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的钴酸镍中的钴和镍与次磷酸钠中的磷的摩尔比为(Ni+Co)/P=1:5~25。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的惰性气氛为氮气或者氩气；升温速率为1~5 oC/min；所述的焙烧温度为300~500 oC；所述的焙烧时间为1~5 h。
5.权利要求1所述的制备方法制备的电极材料在超级电容器中的应用。
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