CN110211813B - 棒状氢氧化镍电极材料、制备方法及其制备的超级电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种棒状氢氧化镍电极材料、制备方法及其制备的超级电容器，以具有高理论比容量的氢氧化镍为研究对象，选择硝酸镍为镍源，选择氨水为沉淀剂和络合剂，选择蒸馏水为溶剂，选择氯化钠为形貌调节剂，利用盐效应，成功制备了具有一维棒状结构的氢氧化镍电极材料。进一步将其作为正极材料，将活性炭作为负极材料，组装成了非对称超级电容器，并测试了其电化学性能。本发明提供了一种棒状结构氢氧化镍的制备方法，工艺简单、成本低、环境友好、效率高，适用于工业放大生产。由该棒状氢氧化镍组装的超级电容器展现出了良好的比容、倍率性能和循环稳定性，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容器电极材料领域，具体涉及一种棒状氢氧化镍电极材料、制备方法及其制备的超级电容器。
背景技术
化石燃料推动了工业化的快速发展，但随之而来的环境污染及其自身的不可再生特性，迫使我们寻找清洁、可持续能源。目前清洁、可持续能源的间歇性导致其不能够持续使用。因此，开发高效的储能器件是解决能源危机和环境污染的关键所在。超级电容器集合了传统电容器和电池的优点，有望制备出具有高功率密度、高能量密度且长循环寿命的储能器件。电极材料作为超级电容器的核心部件，因此开展超级电容器电极材料研发具有长远的战略意义。
氢氧化镍具有高理论比容量、廉价、环境友好、可逆氧化还原活性高等优点，是公认的具有应用前景的超级电容器电极材料之一。其具有层状晶体结构，在传统制备方法下其很容易生长成片状结构。科学家们已经通过控制氢氧化镍的生长速率，将不同阴离子插入到其层状晶体结构之间，以提升其自身的离子导电性。但该插层阴离子在充放电过程中容易逃逸，而导致其结构不稳定性。此外，氢氧化镍自身电子导电性也较低，这就导致其利用率较低，目前报道的氢氧化镍电极材料的倍率性能、实测比容量和循环稳定性都不是很理想。因此，通过控制制备方法，实现片状氢氧化镍到棒状氢氧化镍的转变，将更多活性中心暴露在电解液中，并缩短电子传输路径，将是推动氢氧化镍工业化进程的新策略。
氯化钠是一种强电解质，其在水中可以电离出丰富的钠离子和氯离子，可以改变水溶液的电荷状态；水的密度随着氯化钠溶解量的增加而增大。在氯化钠水溶液中，根据不同的离子浓度将出现相应的盐析效应和盐溶效应。氯化钠的这些本征特性及其在水溶液中的盐效应，将会对微纳米材料的形貌进行优化调控。
发明内容
本发明提出了一种棒状氢氧化镍电极材料、制备方法及其制备的超级电容器，根据不同氯化钠加入量，通过温和、绿色的制备方法将片状氢氧化镍连续调控为微纳米棒状氢氧化镍，实现了大规模棒状氢氧化镍的制备；并将该系列氢氧化镍电极材料与活性炭电极组装成高性能的超级电容器。该发明专利明显与之前的报道明显不同，且制备工艺简单、绿色、易于放大生产，具有很好的应用前景。
实现本发明的技术方案是：
一种棒状氢氧化镍电极材料的制备方法，步骤如下：
（1）将镍盐溶于蒸馏水中，放在40-80℃的油浴装置中进行磁力搅拌，得到镍盐溶液；
（2）磁力搅拌下将氯化钠加入步骤（1）得到的镍盐溶液中，得到混合溶液；
（3）磁力搅拌下，将氨水逐滴加入到步骤（2）的混合溶液中，之后恒温油浴，将溶液蒸发至粘稠状态结束反应；
（4）将步骤（3）粘稠状产物进行离心、洗涤，然后沉淀干燥得到棒状氢氧化镍电极材料。
该氢氧化镍棒状结构与片状结构的比例随着氯化镍加入量的不同而发生变化，可以实现纯片状氢氧化镍到纯棒状氢氧化镍的连续调控。
所述步骤（1）中镍盐为硝酸镍或氯化镍，镍盐溶液的浓度为0.01-4mol/L。
所述步骤（2）中氯化钠与步骤（1）镍盐的摩尔比为（0.03-0.7）：（0.002-0.02）。
以步骤（1）中1mmol镍盐为基准，步骤（3）中氨水的加入量为0.4-40mL。
所述棒状氢氧化镍电极材料为一维棒状结构，以氯化钠为形貌调节剂，直径为20-200 nm。
所述正极为权利要求5所述的棒状氢氧化镍电极材料为活性材料的工作电极。
所述电解液为浓度是1 mol/L～6 mol/L KOH水溶液；所述负极包括活性炭、负极粘合剂和负极集流体，活性炭和负极粘合剂的质量比（7～9）：1，所述活性炭负载量为5～30mg/cm2；正极材料为将棒状氢氧化镍电极材料与导电剂和正极粘结剂按照质量比为（6-9）：（0.5-2）：（0.5-2）混合制得。
所述粘合剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和羧甲基纤维素钠中的一种或多种；所述负极集流体分别为金属不锈钢、镍、铝的多孔、网状或薄膜材料。
述的超级电容器，制备方法如下：
（1）将活性炭和负极粘合剂分散混合制备负极浆料，将负极浆料涂覆到负极集流体上，然后干燥、压片制得所述负极；
（2）将正极材料、负极材料和无纺布隔膜通过叠片的方式复合在一起，放入容器里，注入所述电解液，石蜡封口，装入所述外壳，制得所述超级电容器。
本发明的有益效果是：本发明提供的棒状氢氧化镍电极材料是以硝酸镍为镍源、以氨水为沉淀剂和络合剂、以氯化钠为形貌调节剂、以蒸馏水为溶剂通过绿色油浴法制得的，该制备方法简单、成本低、环境友好、效率高，更易于工业放大以解决实际应用问题，有很广泛的应用前景。
所述棒状氢氧化镍为正极材料制备的超级电容器具有良好的比容量、倍率性能和卓越的循环稳定性。基于该棒状氢氧化镍电极材料组装的超级电容器在0.5 A g-1电流密度下，器件比容量为99.9 F g-1；在5 A g-1下循环10000周，容量保持率高达76.9 %。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 (a)对比例所制得材料的扫描电子显微镜图，(b)为材料的X射线衍射图谱；
图2 (a)实施例1所制得材料的扫描电子显微镜图，(b)为材料的X射线衍射图谱；
图3 (a)实施例2所制得材料的扫描电子显微镜图，(b)为材料的X射线衍射图谱；
图4 (a)实施例3所制得材料的扫描电子显微镜图，(b)为材料的X射线衍射图谱；
图5 (a)实施例4所制得材料的扫描电子显微镜图，(b)为材料的X射线衍射图谱；
图6 (a)棒状氢氧化镍基超级电容器在不同电流密度下的放电曲线，(b)棒状氢氧化镍基超级电容器倍率性能曲线，(c)棒状氢氧化镍超级电容器在5 A g-1时的循环稳定性曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对比例
本实施例提供一种片状氢氧化镍电极材料的制备方法，制备步骤如下：
(1) 称取5 mmol 硝酸镍，溶于20 mL的蒸馏水中，放在80 ℃的油浴装置中进行磁力搅拌；
(2) 在磁力搅拌下将50 mL的氨水逐滴加入到上述硝酸镍水溶液中，而后恒温油浴，通过溶剂挥发法，将上述溶液蒸发至粘稠状态结束反应；
(3) 将上述粘稠状产物转移至离心管中用蒸馏水和乙醇，反复离心洗涤，以除去多余的氨水和氯化钠；而后将沉淀干燥、收集，即制得目标产物。
图1为该条件下制备所得片状氢氧化镍的扫描电子显微镜图片和X射线衍射图谱。由图1a可看出在该条件下所制得的产品具有二维片状结构。由图1b可看出该条件下所制得的产品与标准卡片14-117完美匹配，证明了所制得的片状材料为纯相氢氧化镍材料。
实施例1
本实施例提供一种棒状氢氧化镍电极材料的制备方法，制备步骤如下：
(1) 称取5 mmol 硝酸镍，溶于20 mL的蒸馏水中，放在80 oC的油浴装置中进行磁力搅拌；
(2) 称取16 g的氯化钠，在磁力搅拌作用下，加入到上述硝酸镍溶于中；
(3) 在磁力搅拌下将50 mL的氨水逐滴加入到上述硝酸镍水溶液中，而后恒温油浴，通过溶剂挥发法，将上述溶液蒸发至粘稠状态结束反应；
(4) 将上述粘稠状产物转移至离心管中用蒸馏水和乙醇，反复离心洗涤，以除去多余的氨水和氯化钠；而后将沉淀干燥、收集，即制得目标产物。
图2为该条件下制备所得棒状氢氧化镍的扫描电子显微镜图片和X射线衍射图谱。由图2a可看出在该条件下所制得的产品具有一维棒状结构，直径在20 nm左右。由图2b可看出该条件下所制得的产品与标准卡片14-117完美匹配，证明了所制得的棒状材料为纯相氢氧化镍材料。在氯化钠的协助下将片状氢氧化镍调整为了纳米棒状氢氧化镍。
实施例2
本实施例提供一种棒状氢氧化镍电极材料的制备方法，制备步骤如下：
(1) 称取2 mmol 硝酸镍，溶于30 mL的蒸馏水中，放在60 oC的油浴装置中进行磁力搅拌；
(2) 称取12 g的氯化钠，在磁力搅拌作用下，加入到上述硝酸镍溶于中；
(3) 在磁力搅拌下将40 mL的氨水逐滴加入到上述硝酸镍水溶液中，而后恒温油浴，通过溶剂挥发法，将上述溶液蒸发至粘稠状态结束反应；
(4) 将上述粘稠状产物转移至离心管中用蒸馏水和乙醇，反复离心洗涤，以除去多余的氨水和氯化钠；而后将沉淀干燥、收集，即制得目标产物。
图3为该条件下制备所得棒状氢氧化镍的扫描电子显微镜图片和X射线衍射图谱。由图3a可看出在该条件下所制得的产品具有一维棒状结构，直径在80 nm左右。由图3b可看出该条件下所制得的产品与标准卡片14-117完美匹配，证明了所制得的棒状材料为纯相氢氧化镍材料。在氯化钠的协助下将片状氢氧化镍调整为了微米棒状氢氧化镍。
实施例3
本实施例提供一种棒状氢氧化镍电极材料的制备方法，制备步骤如下：
(1) 称取8 mmol 硝酸镍，溶于40 mL的蒸馏水中，放在80 oC的油浴装置中进行磁力搅拌；
(2) 称取8 g的氯化钠，在磁力搅拌作用下，加入到上述硝酸镍溶于中；
(3) 在磁力搅拌下将30 mL的氨水逐滴加入到上述硝酸镍水溶液中，而后恒温油浴，通过溶剂挥发法，将上述溶液蒸发至粘稠状态结束反应；
(4) 将上述粘稠状产物转移至离心管中用蒸馏水和乙醇，反复离心洗涤，以除去多余的氨水和氯化钠；而后将沉淀干燥、收集，即制得目标产物。
图4为该条件下制备所得棒状氢氧化镍的扫描电子显微镜图片和X射线衍射图谱。由图4a可看出在该条件下所制得的产品具有一维棒状结构，直径在150 nm左右。由图4b可看出该条件下所制得的产品与标准卡片14-117完美匹配，证明了所制得的棒状材料为纯相氢氧化镍材料。在氯化钠的协助下将片状氢氧化镍调整为了纳米棒状氢氧化镍。
实施例4
本实施例提供一种棒状与片状混合氢氧化镍电极材料的制备方法，制备步骤如下：
(1) 称取3 mmol 硝酸镍，溶于10 mL的蒸馏水中，放在80 oC的油浴装置中进行磁力搅拌；
(2) 称取4 g的氯化钠，在磁力搅拌作用下，加入到上述硝酸镍溶于中；
(3) 在磁力搅拌下将20 mL的氨水逐滴加入到上述硝酸镍水溶液中，而后恒温油浴，通过溶剂挥发法，将上述溶液蒸发至粘稠状态结束反应；
(4) 将上述粘稠状产物转移至离心管中用蒸馏水和乙醇，反复离心洗涤，以除去多余的氨水和氯化钠；而后将沉淀干燥、收集，即制得目标产物。
图5为该条件下制备所得棒状氢氧化镍的扫描电子显微镜图片和X射线衍射图谱。由图5a可看出在该条件下所制得的产品是由一维纳米棒状结构生长在片状结构表面构筑而成的。由图5b可看出该条件下所制得的产品与标准卡片14-117完美匹配，证明了所制得的分等级结构材料为纯相氢氧化镍材料。在氯化钠的协助下将片状的氢氧化镍调整为了纳米棒状和纳米片状混合的氢氧化镍。
实施例5
本实施例提供一种超级电容器，其制备步骤如下：
正极以所述实施例2制得的棒状氢氧化镍电极材料为活性材料制得的；
负极的制备由商业活性炭和PVDF按质量比9：1称取后置入10 mL的烧杯中，通过分散混合制浆，涂覆于泡沫镍上，然后干燥、压片等步骤制得负极，负极的活性炭负载量为10mg/cm2；
超级电容器的组装
将制得的正极、负极和无纺布隔膜通过叠片的方式复合在一起，放入容器里，注入适量的2 mol L-1的KOH水溶液，然后通过石蜡封口后，装入方形的不锈钢外壳内，制得超级电容器。
所述超级电容器在放电电流密度由1 A g-1增大至20 A g-1的放电曲线请参见图6a，放电曲线上很明显的出现了放电电压平台，充分证明了该超级电容器的储能机制主要来自于可逆氧化还原反应。该放电平台对应一下以下可逆反应：
Ni(OH)2 + OH- ↔ NiOOH + H2O + e-
请参见图6b，所述超级电容器在不同放电倍率下的比容量曲线。针对Ni(OH)2//AC器件中两电极的比容量在电流密度为0.5, 1, 2, 3, 5和8 A g-1下时的比容量依次为99.93、63.16、43.74、37.19、32.45和28.52 F g-1。图6c为超级电容器在5 A g-1下的稳定性曲线，经过10000圈循环后，所述超级电容器的容量保持率高达76.9 %。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)
1.一种棒状氢氧化镍电极材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将镍盐溶于蒸馏水中，放在40-80℃的油浴装置中进行磁力搅拌，得到镍盐溶液；
（2）磁力搅拌下将氯化钠加入步骤（1）得到的镍盐溶液中，得到混合溶液；
（3）磁力搅拌下，将氨水逐滴加入到步骤（2）的混合溶液中，之后恒温油浴，将溶液蒸发至粘稠状态结束反应；
（4）将步骤（3）粘稠状产物进行离心、洗涤，然后沉淀干燥得到棒状氢氧化镍电极材料。
2.根据权利要求1所述的棒状氢氧化镍电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中镍盐为硝酸镍或氯化镍，镍盐溶液的浓度为0.01-4mol/L。
3.根据权利要求1所述的棒状氢氧化镍电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中氯化钠与步骤（1）镍盐的摩尔比为（0.03-0.7）：（0.002-0.02）。
4.根据权利要求1所述的棒状氢氧化镍电极材料的制备方法，其特征在于：以步骤（1）中1mmol镍盐为基准，步骤（3）中氨水的加入量为0.4-40mL。
5.权利要求1-4任一项所述的制备方法制备的棒状氢氧化镍电极材料，其特征在于：所述棒状氢氧化镍电极材料为一维棒状结构，以氯化钠为形貌调节剂，直径为20 -200 nm。
6.一种超级电容器，包括电解液、正极、负极和位于正极和负极之间的无纺布隔膜，其特征在于：所述正极为权利要求5所述的棒状氢氧化镍电极材料为活性材料的工作电极。
7.根据权利要求6所述的超级电容器，其特征在于：所述电解液为浓度是1 mol/L～6mol/L KOH水溶液；所述负极包括活性炭、负极粘合剂和负极集流体，活性炭和负极粘合剂的质量比（7～9）：1，所述活性炭负载量为5～30 mg/cm2；正极材料为将棒状氢氧化镍电极材料与导电剂和正极粘结剂按照质量比为（6-9）：（0.5-2）：（0.5-2）混合制得。
8.根据权利要求7所述的超级电容器，其特征在于：所述粘合剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和羧甲基纤维素钠中的一种或多种；所述负极集流体分别为金属不锈钢、镍、铝的多孔、网状或薄膜材料。
9.根据权利要求7所述的超级电容器，其特征在于制备方法如下：
（1）将活性炭和负极粘合剂分散混合制备负极浆料，将负极浆料涂覆到负极集流体上，然后干燥、压片制得所述负极；
（2）将正极材料、负极材料和无纺布隔膜通过叠片的方式复合在一起，放入容器里，注入所述电解液，石蜡封口，装入外壳，制得所述超级电容器。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN101624215A (zh) * | 2008-07-10 | 2010-01-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 纳米氧化镍的制备方法 |
| CN102249349A (zh) * | 2011-04-26 | 2011-11-23 | 北京化工大学 | 一种化学和电化学联用法合成多元掺杂球形纳米氢氧化镍 |
| CN102324320A (zh) * | 2011-07-29 | 2012-01-18 | 上海奥威科技开发有限公司 | 高性能超级电容器 |
| CN103241959A (zh) * | 2013-05-02 | 2013-08-14 | 中山大学 | 一种Na掺杂ZnO纳米棒阵列的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
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| Synthesis and characterization of Ni(OH)_2 Single-crystal Nanorods;Jiahe Liang;《Chemistry Letters》;20031110;第32卷(第12期);正文第1126页左栏第3-5段 * |
| TiO2一维纳米材料的可控制备方法;周志雄等;《第四届全国环境化学学术大会论文集（下册）》;20071001;正文第677页第1段-第678页第1段 * |
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