CN109755029B - 一种花片状纳米氧化镍的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种花片状纳米氧化镍的制备方法。本发明提供的制备方法，包括：将镍基体在氯化盐电解液中进行电解，得到前驱体；将所述前驱体进行热处理，得到花片状纳米氧化镍。本发明将电化学氧化和热处理联用，得到了花片状堆积结构的氧化镍，且单片氧化镍具有超薄结构，有利于材料电化学性能的提升。实施例结果表明，本发明提供的制备方法制备得到的氧化镍作为超级电容器正极材料使用时，比容量达到170mAh/g水平，循环稳定性优异。

Description

一种花片状纳米氧化镍的制备方法
技术领域
本发明属于电化学材料制备技术领域，特别涉及一种花片状纳米氧化镍的制备方法。
背景技术
近年来，电化学超级电容器的研究受到了世界范围的高度重视。超级电容器具有高倍率充放电、长循环寿命以及环境友好等优势，因此开发高活性的电极材料是当前储能领域十分迫切并且有前景的工作。超级电容器通常以活性炭材料为主，但活性炭的能量密度过低，在储能领域的应用受到限制。
氧化镍的比容量是碳材料的数十倍，可作为电池型的超级电容器材料被广泛关注和报道。在碱性电解液中，氧化镍是一种活性极高的正极材料，因此，进一步开发高活性的氧化镍产品从而促进超级电容器产业的发展，是一项十分有意义的工作。
众所周知，氧化镍作为储能电极材料，其活性主要依赖于其形貌和结构尺寸，因此，具有特殊形貌结构的氧化镍材料的制备引起了人们强烈关注。其中，单一维度在10nm以内的超薄材料，由于电子/离子路径非常短，有望接近材料的理论储能活性。然而，现有的商业产品尺寸多在微米以上，难以达到要求。因此，制备具有超薄结构的氧化镍产品从而得到储能量更高的活性材料，有待进一步研究和开发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种花片状纳米氧化镍的制备方法，本发明提供的制备方法能得到花片状纳米氧化镍，氧化镍的尺寸均一，具有优异的储能容量和循环稳定性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种花片状纳米氧化镍的制备方法，包括以下步骤：
将镍基体在氯化盐电解液中进行电解，得到前驱体；
将所述前驱体进行热处理，得到花片状纳米氧化镍。
优选的，所述氯化盐电解液中，氯离子的浓度为15～100g/L。
优选的，所述氯化盐电解液中的氯化盐包括碱金属氯化盐。
优选的，所述碱金属氯化盐包括氯化钠和/或氯化钾。
优选的，所述碱金属氯化盐包括氯化钠和氯化钾时，氯化钠的质量分数为50～99％。
优选的，所述电解的电流为4～12mA/cm2。
优选的，所述热处理的温度为200～450℃，热处理的时间为1～10h。
优选的，所述镍基体包括平板镍或多孔镍。
优选的，电解前，对所述镍基体进行清洁处理。
优选的，所述电解的方式包括恒电流电解或恒电压电解。
本发明提供的花片状纳米氧化镍的制备方法，包括以下步骤：将镍基体在氯化盐电解液中进行电解，得到前驱体；将所述前驱体进行热处理，得到花片状纳米氧化镍。本发明将电化学氧化和热处理联用，能够得到纳米花片状堆积结构的氧化镍，形貌特殊，有利于材料电化学性能的提升。实施例结果表明，本发明提供的制备方法得到的氧化镍作为电池型超级电容器正极材料使用时，比容量达到170mAh/g水平，循环稳定性优异。
附图说明
图1为本发明实施例1所得氧化镍产品的TEM图；
图2为本发明实施例1所得氧化镍产品的放电曲线图；
图3为本发明实施例1所得氧化镍产品的循环性能图。
具体实施方式
本发明提供了一种花片状纳米氧化镍的制备方法，包括以下步骤：
将镍基体在氯化盐电解液中进行电解，得到前驱体；
将所述前驱体进行热处理，得到花片状纳米氧化镍。
本发明将镍基体在氯化盐电解液中进行电解，得到前驱体。在本发明中，所述镍基体优选包括平板镍或多孔镍，所述平板镍或多孔镍的纯度优选为 99％以上。本发明对所述平板镍或多孔镍的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的，可作为工作电极的市售产品即可。
在本发明中，所述氯化盐电解液中，氯离子的浓度优选为15～100g/L，更优选为18～90g/L，再优选为20～80g/L。在本发明中，所述氯化盐电解液中的氯化盐优选包括碱金属氯化盐，所述碱金属氯化盐优选包括氯化钠和/ 或氯化钾；当所述碱金属氯化盐包括氯化钠和氯化钾时，氯化钠的质量分数优选为50～99％，更优选为50％或99％。本发明对所述氯化盐电解液的配制方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。
电解前，在本发明优选对镍基体进行清洁处理。在本发明中，所述清洁处理优选包括依次进行的除尘、除油和洗涤；所述除尘优选通过蒸馏水洗涤实现，所述除油优选通过碱性化合物洗涤实现；所述洗涤优选包括依次进行的离子水洗涤和乙醇洗涤。本发明对所述除尘、除油和洗涤的具体步骤没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的即可。
在本发明中，所述电解的方式优选包括恒电流电解技术或恒电压电解技术，所述恒电压电解技术利用电压调节电流，使电流达到电解所需范围。在本发明中，对镍基板进行电解时，所述电解的电流优选为4～12mA/cm2，更优选为5～11mA/cm2，再优选为6～10mA/cm2。本发明对所述电解的时间无特殊要求，根据所需电解产物的多少控制电解时间即可。
在本发明中，电解过程中，镍基体失电子，生成镍离子，与电解液中氢氧根离子结合，生成绿色沉淀，即氢氧化镍(Ni(OH)2)。
得到前驱体后，本发明将所述前驱体进行热处理，得到花片状纳米氧化镍。热处理前，本发明优选对所述前驱体进行预处理，所述预处理优选包括依次进行的洗涤和干燥，以去除前驱体上附着的杂质。在本发明中，所述洗涤和干燥采用本领域技术人员熟知的方式即可。
在本发明中，所述热处理的温度优选为200～450℃，更优选为 250～350℃；所述热处理的时间优选为1～10h，更优选为2～4h。在本发明中，所述热处理过程中，前驱体(组分为氢氧化镍)受热分解，生成花片状纳米氧化镍(NiO)。在本发明中，所述热处理优选在马弗炉中进行。
在本发明中，热处理后所得物料由花片状氧化镍堆积而成，氧化镍片具有超薄特性，厚度仅为2～4nm，单片氧化镍截面长度为50～100nm，形貌特殊，为其作为超级电容器正极材料提供基础。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的花片状纳米氧化镍的制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
首先，将纯镍板分别用蒸馏水清洗除尘、氢氧化钠溶液除油，再用离子水和乙醇分别清洗以获得清洁的镍表面；其次，配制NaCl电解液，Cl-浓度为35g/L；然后，将清洗干净的镍板作为工作电极浸入电解液中；利用电化学阳极恒电流技术进行电解(阳极电流为：10mA/cm2)。随着电解的进行，即可在溶液中获得绿色的氢氧化镍沉淀。该沉淀经过洗涤、干燥后，置于马弗炉中在250℃下热处理10h，即可得到花片状纳米氧化镍产品。
利用透射电镜对实施例1所得产品的形貌进行表征，结果如图1所示。由图1可知，实施例1所得产品为花片状纳米氧化镍堆积结构，花片的厚度分布一致。
将实施例1所得氧化镍产品制备成正极电极材料，在6M KOH溶液中，以1A/g的电流进行充放电，测试实施例1所得氧化镍产品的充放电性能，测试结果如图2～图3所示。由图2可知，实施例1所得氧化镍产品的储能容量高达170mAh/g。由图3可知，实施例1所得氧化镍产品作为电极材料使用时，循环100次，容量基本不变，容量保持率在90％以上，说明实施例1所得氧化镍的电化学循环稳定性优异。
实施例2
首先，将多孔镍分别用蒸馏水清洗除尘、浓碱除油，再用离子水和乙醇分别清洗以获得清洁的镍表面；其次，配制NaCl+KCl电解液，质量浓度比例50％:50％，Cl-总浓度为15g/L；然后，将清洗干净的镍板作为工作电极浸入电解液中；利用电化学阳极恒电压技术进行电解(通过调控电压使得电流平均值为：5mA/cm2)。随着电解的进行，即可在溶液中获得绿色的氢氧化镍沉淀。该沉淀经过洗涤、干燥后，置于马弗炉中在450℃进行热处理1h，即可得到花片状纳米氧化镍产品。
实施例3
首先，将纯镍板分别用蒸馏水清洗除尘、浓碱除油，再用离子水和乙醇分别清洗以获得清洁的镍表面；其次，配制NaCl电解液，Cl-浓度为100g/L；然后，将清洗干净的镍板作为工作电极浸入电解液中；利用电化学阳极恒电流技术进行电解(阳极电流为：10mA/cm2)。随着电解的进行，即可在溶液中获得绿色的氢氧化镍沉淀。该沉淀经过洗涤、干燥后，置于马弗炉中在 300℃进行热处理10h，即可得到花片状纳米氧化镍产品。
实施例4
首先，将多孔镍分别用蒸馏水清洗除尘、浓碱除油，再用离子水和乙醇分别清洗以获得清洁的镍表面；其次，配制NaCl+KCl电解液，质量浓度比例99％:1％，Cl-总浓度为50g/L；然后，将清洗干净的镍板作为工作电极浸入电解液中；利用电化学阳极恒电流技术进行电解(电流值为：10mA/cm2)。随着电解的进行，即可在溶液中获得绿色的氢氧化镍沉淀。该沉淀经过洗涤、干燥后，置于马弗炉中在350℃进行热处理2h，即可得到花片状纳米氧化镍产品。
按照实施例1的测试方法，对实施例2～4所得产品进行结构和性能表征，结果表明实施例2～4均得到了厚度一致的，花片堆积结构的氧化镍，且氧化镍的电化学性能与实施例1相似。
由以上实施例可知，本发明提供的制备方法能够制备得到具有纳米级花片堆积结构的氧化镍，且氧化镍具有均一的尺寸，超薄的厚度，储能容量和循环稳定性较好，可作为电容器电极材料。本发明提供的制备方法简单，可大规模生产。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (7)

1.一种花片状纳米氧化镍的制备方法，包括以下步骤：
将镍基体在氯化盐电解液中进行电解，得到前驱体；
将所述前驱体进行热处理，得到花片状纳米氧化镍；
所述氯化盐电解液中的氯化盐为碱金属氯化盐；
所述氯化盐电解液中，氯离子的浓度为15～35g/L；
所述电解的电流为4～5mA/cm2；
所述花片状纳米氧化镍的厚度为2～4nm。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属氯化盐包括氯化钠和/或氯化钾。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属氯化盐包括氯化钠和氯化钾时，氯化钠的质量分数为50～99％。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为200～450℃，热处理的时间为1～10h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍基体包括平板镍或多孔镍。
6.如权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，电解前，对所述镍基体进行清洁处理。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解的方式包括恒电流电解或恒电压电解。
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