CN107731552B - 一种镍纳米线集流体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种镍纳米线集流体，该集流体为泡沫状，且该泡沫状是由镍纳米线组成的三维网络结构。其优点是：①、本发明方法工艺简单可控、且制备过程中镍纳米线的尺寸可控，无需复杂设备和较大能耗，对操作人员要求较低、成本低廉，且易于实现工业化量产；②、本发明方法制备的镍纳米线集流体为三维网络结构，且三维网络结构由镍纳米线构成，为活性物质提供更多的生长表面，有利于提升电极的面积比容量，同时，随着电化学反应的进行，镍纳米线能参与反应，而使得镍纳米线与活性材料原位结合而形成更有利的电子传递路径，大幅提升电极的比容量和循环稳定性等电化学性能。

Description

一种镍纳米线集流体及其制备方法
技术领域
本发明涉及超级电容器以及二次电池技术领域，具体地说是一种镍纳米线集流体及其制备方法。
背景技术
超级电容器又名为电化学电容器，是一种介于电容器和电池之间的储能器件，同时具有电容器快速充放电的特点和电池的储能特点。并且拥有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等优点。因而超级电容器从出现就备受瞩目，当前已经运用在诸多电子仪器表的小型电源、电动汽车、以及在大型发电机中，同时在军事应用方面也有很好的表现，具有极其广泛的发展前景。
而集流体是一种汇集电流的结构或零件，主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来，提供电子通道，加快电荷转移，提高充放电库伦效率。作为集流体需要满足电导率高、机械性能好、质量轻、内阻小等特点。
目前，一般集流体正极采用铝箔、负极采用铜箔，由于金属集流体的密度较大，质量较重，一般集流体的重量占整个电池的20％-25％，则电极材料占整个电池的比重大大减少，最终导致超级电容器的能量密度较低。同时，金属材料容易被腐蚀，进而影响了超级电容器的使用寿命。因此开发一种比表面积大、导电性好且耐腐蚀的集流体具有重要的研究价值和应用前景。
发明内容
为了解决上述技术缺陷，本发明提供工序简单、成本低廉，且制备获得的产品为三维网络状，为电极活性材料提供了有利的电子传递通道，提高电极活性材料的担载量，降低集流体与活性材料的接触电阻，提高电子传导能力，最终实现超级电容器比电容、倍率特性及循环稳定性等性能的全面提升的一种镍纳米线集流体及其制备方法。
本发明一方面保护一种镍纳米线集流体，该集流体为泡沫状，且该泡沫状是由镍纳米线组成的三维网络结构。
优选地，所述镍纳米线的直径为150nm～5μm。
本发明第二方面保护上述集流体的制备方法，包括如下步骤：
S1：将浓度为0.001～0.2mol/L镍盐水溶液与0.001～0.5mol/L曲拉通水溶液混合，获得混合溶液A；
S2：将0.1～3mol/L NaOH水溶液与质量浓度为60～95％的水合肼混合，获得混合溶液B；
S3：将装有混合溶液A的密闭容器预热60～95℃，然后将混合溶液B加入预热的容器中，加热反应温度为60～95℃，反应时间为1～24h；
S4：将黑色产物转移出来，分别用去离子水和无水乙醇浸泡清洗至少三次，干燥后获得泡沫状镍纳米线集流体。
优选地，步骤S1中，金属镍盐为乙酸镍、硝酸镍、硫酸镍或氯化镍中的一种。
进一步地，步骤S1中，混合溶液A中镍盐溶液和曲拉通溶液的体积比为1：10～1：0.1。
优选地，步骤S2中，混合溶液B中NaOH溶液与水合肼的体积比为1:1～1：30。
优选地，步骤S3中，混合溶液A与混合溶液B的体积比为1:2～1:0.01。
进一步地，密闭容器的材质为塑料或陶瓷中的一种。
一种镍纳米线集流体及其制备方法，其优点是：
①、本发明方法工艺简单可控、且制备过程中镍纳米线的尺寸可控，无需复杂设备和较大能耗，对操作人员要求较低、成本低廉，且易于实现工业化量产；
②、步骤S1中，曲拉通水溶液的使用、以及将混合液A进行预热，以促使集流体为泡沫状的三维网络结构；
③、本发明方法制备的镍纳米线集流体为三维网络结构，且三维网络结构由镍纳米线构成，为活性物质提供更多的生长表面，有利于提升电极的面积比容量，同时，随着电化学反应的进行，镍纳米线能参与反应，而使得镍纳米线与活性材料原位结合而形成更有利的电子传递路径，大幅提升电极的比容量和循环稳定性等电化学性能。
附图说明
图1是本发明所制备的泡沫状镍纳米线集流体的实物照片；
图2是本发明所制备的镍纳米线集流体的扫描电子显微镜图；
图3是本发明所制备的泡沫状镍纳米线集流体的实物照片；
图4是本发明实施例提供的纳米线集流体的电镜图；
图5是本发明实施例提供的纳米线集流体的电镜图；
图6是本发明所制备的泡沫状镍纳米线集流体附着Ni-Co LDH电极的电化学阻抗曲线；
图7是本发明所制备的泡沫状镍纳米线集流体附着Ni-Co LDH电极的循环寿命曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述：
实施例1
将浓度为0.001mol/L镍盐水溶液与0.001mol/L曲拉通水溶液混合，获得混合溶液A；将0.1mol/L NaOH水溶液与质量浓度为60％的水合肼混合，获得混合溶液B；将装有100mL混合溶液A的密闭容器预热60℃，然后将100mL混合溶液B加入预热的聚四氟乙烯密闭容器中，加热反应温度为60℃，反应时间为1h；将黑色产物转移出来，分别用去离子水和无水乙醇浸泡清洗3次，干燥后获得泡沫状镍纳米线集流体，如图1所示泡沫状镍纳米线集流体实物图，扫描电子显微镜如图2所示。
实施例2
将浓度为0.1mol/L镍盐水溶液与0.25mol/L曲拉通水溶液混合，获得混合溶液A；将2mol/L NaOH水溶液与质量浓度为85％的水合肼混合，获得混合溶液B；将装有100mL混合溶液A的陶瓷密闭容器预热85℃，然后将10mL混合溶液B加入预热的容器中，加热反应温度为85℃，反应时间为4h；将黑色产物转移出来，分别用去离子水和无水乙醇浸泡清洗3次，干燥后获得泡沫状镍纳米线集流体，如图3所示的泡沫状镍纳米线集流体，图4为该纳米线扫描电子显微镜图，显示镍纳米线的直径约为2μm。
实施例3
将浓度为0.2mol/L镍盐水溶液与0.5mol/L曲拉通水溶液混合，获得混合溶液A；将3mol/L NaOH水溶液与质量浓度为95％的水合肼混合，获得混合溶液B；将装有100mL混合溶液A的聚四氟乙烯密闭容器预热95℃，然后将1mL混合溶液B加入预热的容器中，加热反应温度为95℃，反应时间为24h；将黑色产物转移出来，分别用去离子水和无水乙醇浸泡清洗3次，干燥后获得泡沫状镍纳米线集流体。图5为该纳米线的扫描电子显微镜图，显示直径约为0.9μm。
实施例4
将实施例3中获得的棉花状镍纳米线集流体在室温下置于混有2mmolCo(NO3)2·6H2O、1mmolNi(NO3)2·6H2O、5mmol的六甲基四氨(HMT)以及20mL乙醇和20mL去离子水的混合溶液中，通过液相沉积法在90℃下持续反应6小时，收集产物洗涤并真空干燥，得到泡沫状镍上附有Ni-Co LDH的电极材料，最后将所得泡沫状Ni-Co LDH/NiNw球压制成薄片，直接用作无粘合剂的工作电极。
以同样的条件方式，处理市场上购得的泡沫镍(NF)，制备Ni-Co LDH/NF，用于后期进行材料的测试比较。如图6表明本发明方法制备的泡沫状镍纳米线集流体附着Ni-Co LDH的电极具有比传统泡沫镍集流体的电子传到能力更强，图7表明本发明方法制备的泡沫状镍纳米线集流体附着Ni-Co LDH的循环稳定性更好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种镍纳米线集流体，其特征在于：该集流体为泡沫状，且该泡沫状是由镍纳米线组成的三维网络结构，所述镍纳米线集流体采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
S1：将浓度为0.001～0.2mol/L镍盐水溶液与0.001～0.5mol/L曲拉通水溶液混合，获得混合溶液A；
S2：将0.1～3mol/L NaOH水溶液与质量浓度为60～95％的水合肼混合，获得混合溶液B；
S3：将装有混合溶液A的密闭容器预热60～95℃，然后将混合溶液B加入预热的容器中，加热反应温度为60～95℃，反应时间为1～24h；
S4：将黑色产物转移出来，分别用去离子水和无水乙醇浸泡清洗至少三次，干燥后获得泡沫状镍纳米线集流体。
2.根据权利要求1所述一种镍纳米线集流体，其特征在于：所述镍纳米线的直径为150nm～5μm。
3.如权利要求1所述的镍纳米线集流体，其特征在于：步骤S1中，金属镍盐为乙酸镍、硝酸镍、硫酸镍或氯化镍中的一种。
4.如权利要求1所述的镍纳米线集流体，其特征在于：步骤S1中，混合溶液A中镍盐溶液和曲拉通溶液的体积比为1：10～1：0.1。
5.如权利要求1所述的镍纳米线集流体，其特征在于：步骤S2中，混合溶液B中NaOH溶液与水合肼的体积比为1:1～1：30。
6.如权利要求1所述的镍纳米线集流体，其特征在于：步骤S3中，混合溶液A与混合溶液B的体积比为1:2～1:0.01。
7.如权利要求1所述的镍纳米线集流体，其特征在于：密闭容器的材质为塑料或陶瓷中的一种。
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