CN112279308A - 一种大批量制备高储能镍钴氢氧化物电极材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种大批量制备高储能镍钴氢氧化物电极材料的方法，该方法包括以下步骤：将镍盐和钴盐按不同比例配置成混合溶液；在搅拌条件下，加入一定量四水合钼酸铵，待固相溶解完全后，用氨水调节pH，通过低温共沉淀法得到墨绿色沉淀；最后经干燥、研磨得到镍钴氢氧化物电极材料。本发明通过简单低温共沉淀得到高性能的镍钴氢氧化物电极材料，制备工艺简单、可大批量生产、成本低廉，环境友好，产物电化学性能优异，循环性能好，制备出的镍钴氢氧化物纳米材料可以用于超级电容和电池等领域。

Description

一种大批量制备高储能镍钴氢氧化物电极材料的方法
技术领域
本发明涉及储能领域，尤其涉及一种大批量制备高储能镍钴氢氧化物电极材料的方法。
背景技术
随着社会的发展，能源和环境问题日益突出，人类迫切需要寻求清洁、高效、可持续的能源，如太阳能能、风能等。但是，由于转换和储存问题，可再生能源的应用受到了限制。因此，开发新型能量储存装置对可再生能源的利用和发展具有重要意义。超级电容器具有比电容高、功率密度大、循环稳定性好、环保等优点，是一种很有前途的储能器件。目前，超级电容器负极材料主要是碳材料，商业化的负极材料主要是石墨，材料单一，性能差别不大。而正极材料主要是有碳材料、导电聚合物和过度金属化合物，其中高比表面积的活性碳材料，生产成本较高，限制了超级电容器的应用；少部分的电极材料使用贵金属氧化物，但也因其资源有限，价格昂贵限制了其应用。长远来看，寻找价格低廉、工艺简单、性能优异的电极活性材料是超级电容器快速发展的根本所在。近年来，过渡金属氢氧化物及其氧化物因其优异的氧化还原性能和超高的理论比电容而得到广泛的研究。特别是层状Ni-CoLDHs电极材料，由于它具有高的比电容、环境友好性和独特的电化学氧化还原活性，是最有前途的电极材料之一。
目前，合成LDHs最常用的方法是高温水热法，但高温高压条件下能耗极高，且对生产设备要求高，大批量生产困难较大。化学共沉淀法具有合成条件简单、能耗低、产量大等优点，是合成LDHs的一种重要方法，然而，在合成过程中很容易堆积成捆或聚集成大块材料。因此，探索低能耗、环境友好、可批量生产的生产工艺，制备高比表面积、高性能的电极材料成为科研工作者的研究重点。
发明内容
本发明目的是提出一种在低温环境下可大批量生产高性能的镍钴层状双氢氧化物电极材料的合成方法。在低温水浴条件下，通过共沉淀的方法制备出高比表面积的花状Ni-CoLDHs电极材料，并通过络合剂的使用和镍钴比的控制，有效调节Ni-CoLDHs的形貌与结构，进而影响Ni-CoLDHs的电化学性能。
一种大批量制备高储能镍钴氢氧化物电极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将镍盐和钴盐按不同比例配置成混合溶液，并在搅拌条件下，将络合剂加入混合溶液中；
步骤二：混合均匀后，用氨水调节溶液pH，得到墨绿色混合液；
步骤三：将墨绿色悬浮液放入恒温水浴装置，持续搅拌2h，然后将混合在鼓风干燥箱中陈化15h，完成后，自然冷却至室温；
步骤四：将混合液进行离心分离，分别用去离子水和乙醇洗涤3次，干燥、研磨均匀后得到镍钴氢氧化物电极材料。
优选的，步骤一中混合溶液中镍离子与钴离子浓度分别为0.053-0.067mol/L和0-0.013mol/L，络合剂加入量为90mg；络合剂为四水合钼酸铵。
优选的，步骤二中氨水调节溶液pH为9。
优选的，步骤三中恒温水浴温度为40-80℃，水浴时间为2-5h；陈化温度为60-80℃，陈化时间为10-20h。
优选的，步骤四中离心转速为5000-8000r/min，干燥温度为60-100℃，干燥时间8-16h。
一种镍钴氢氧化物电极材料在超级电容中应用，将制备得到的镍钴氢氧化物电极材料与乙炔黑、PTFE按照质量比为80：10：10的比例均匀混合制成糊状，用刷子均匀刷到1cm2泡沫镍集流体上，在60℃条件下干燥8h，随后在10MPa的压力下压制成片，制备得到电极材料；以镍钴氢氧化物电极材料为工作电极，以Pt片作为对电极，汞或氧化汞电极作为参比电极，2mol/L的KOH溶液作为电解液，形成超级电容。
本发明的有益效果是：
(1)本发明制备工艺简单、能耗低、成本低廉、可大批量生产；
(2)本发明得到的电极材料有效减少团聚，具有大的比表面积；
(3)本发明所得产品比容量较高，循环性能好。
附图说明
图1为实施例1、2、3中电极材料样品的X射线衍射图。
图2为实施例1、2、3中电极材料的SEM谱图。
图3为实施例1中电极材料不同电流密度下的放电图。
图4为实施例2中电极材料不同电流密度下的放电图。
图5为实施例3中电极材料不同电流密度下的放电图。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1、2、3按如下步骤制备镍钴氢氧化物电极材料。
步骤一：将镍盐和钴盐按不同比例配置成混合溶液，并在搅拌条件下，将络合剂加入混合溶液中；
步骤二：混合均匀后，用氨水调节溶液pH，得到墨绿色混合液；
步骤三：将墨绿色悬浮液放入恒温水浴装置，持续搅拌2h，然后将混合在鼓风干燥箱中陈化15h，完成后，自然冷却至室温；
步骤四：将混合液进行离心分离，分别用去离子水和乙醇洗涤3次，干燥、研磨均匀后得到镍钴氢氧化物电极材料。
实施例1。
(1)配置0.067mol/L氯化镍水溶液，在持续搅拌下，加入90mg络合剂(四水合钼酸铵),搅拌30min使其溶解完全；
(2)固相完全溶解后，用氨水调节溶液pH至9，；
(3)将墨色悬浮液放入恒温装置中，50℃条件下持续磁力搅拌2h；然后然后在60℃鼓风干燥箱环境中陈化15h；
(4)得到墨绿色沉淀，离心分离，离心转速为5000-8000r/min，分别用去离子水和乙醇洗涤3次，干燥(干燥温度为60-100℃，干燥时间8-16h)、研磨均匀后得到氢氧化镍电极材料；
(5)将制备得到的电极材料与乙炔黑、PTFE按照80：10：10的比例均匀混合糊状，用刷子均匀刷到1cm2泡沫镍集流体上，在60℃条件下干燥8h，随后在10MPa的压力下压制成片，制备得到工作电极；以Pt片作为对电极，汞/氧化汞电极作为参比电极，2mol/L的KOH溶液作为电解液，如图3所示，当电流密度为1A/g时，电极材料的质量比容量是1159F/g。
实施例2。
(1)配置镍离子与钴离子浓度分别为0.053mol/L和0.013mol/L混合溶液，在持续搅拌下，加入90mg络合剂(四水合钼酸铵),搅拌30min使其溶解完全；
(2)固相完全溶解后，用氨水调节溶液pH至9；
(3)将墨绿色悬浮液放入放入恒温装置中，50℃条件下持续磁力搅拌2h；然后然后在60℃鼓风干燥箱环境中陈化15h；
(4)得到墨绿色沉淀，离心分离，离心转速为5000-8000r/min，分别用去离子水和乙醇洗涤3次，干燥(干燥温度为60-100℃，干燥时间8-16h)、研磨均匀后得到氢氧化镍电极材料；
(5)将制备得到的电极材料与乙炔黑、PTFE按照80：10：10的比例均匀混合糊状，用刷子均匀刷到1cm2泡沫镍集流体上，在60℃条件下干燥8h，随后在10MPa的压力下压制成片，制备得到工作电极材料；以Pt片作为对电极，汞/氧化汞电极作为参比电极，2mol/L的KOH溶液作为电解液，如图4所示，当电流密度为1A/g时，电极材料的质量比容量是1495F/g。
实施例3。
(1)配置0.067mol/L氯化钴水溶液，在持续搅拌下，加入90mg络合剂(四水合钼酸铵),搅拌30min使其溶解完全；
(2)固相完全溶解后，用氨水调节溶液pH至9；
(3)将褐红色悬浮液放入放入恒温装置中，50℃条件下持续磁力搅拌2h；然后然后在60℃鼓风干燥箱环境中陈化15h；
(4)得到墨绿色沉淀，离心分离，离心转速为5000-8000r/min，分别用去离子水和乙醇洗涤3次，干燥(干燥温度为60-100℃，干燥时间8-16h)、研磨均匀后得到氢氧化镍电极材料；
(5)将制备得到的电极材料与乙炔黑、PTFE按照80：10：10的比例均匀混合糊状，用刷子均匀刷到1cm2泡沫镍集流体上，在60℃条件下干燥8h，随后在10MPa的压力下压制成片，制备得到工作电极材料；以Pt片作为对电极，汞/氧化汞电极作为参比电极，2mol/L的KOH溶液作为电解液，如图5所示，当电流密度为1A/g时，电极材料的质量比容量是334.9F/g。

Claims (6)

1.一种大批量制备高储能镍钴氢氧化物电极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将镍盐和钴盐按不同比例配置成混合溶液，并在搅拌条件下，将络合剂加入混合溶液中；
步骤二：混合均匀后，用氨水调节溶液pH，得到墨绿色混合液；
步骤三：将墨绿色悬浮液放入恒温水浴装置，持续搅拌2h，然后将混合在鼓风干燥箱中陈化15h，完成后，自然冷却至室温；
步骤四：将混合液进行离心分离，分别用去离子水和乙醇洗涤3次，干燥、研磨均匀后得到镍钴氢氧化物电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种大批量制备镍钴氢氧化物制备方法，其特征在于：
步骤一中混合溶液中镍离子为0.053-0.067mol/L和钴离子浓度为0-0.013mol/L，络合剂加入量为90mg；
络合剂为四水合钼酸铵。
3.根据权利要求1所述的一种大批量制备镍钴氢氧化物制备方法，其特征在于：
步骤二中氨水调节溶液pH为9。
4.根据权利要求1所述的一种大批量制备镍钴氢氧化物制备方法，其特征在于：
步骤三中恒温水浴温度为50℃，水浴时间为2h；陈化温度为60℃，陈化时间为15h。
5.根据权利要求1所述的一种大批量制备镍钴氢氧化物制备方法，其特征在于：
步骤四中离心转速为5000-8000r/min，干燥温度为60-100℃，干燥时间8-16h。
6.一种镍钴氢氧化物电极材料在超级电容中应用，其特征在于：
将制备得到的镍钴氢氧化物电极材料与乙炔黑、PTFE按照质量比为80：10：10的比例均匀混合制成糊状，用刷子均匀刷到1cm2泡沫镍集流体上，在60℃条件下干燥8h，随后在10MPa的压力下压制成片，制备得到电极材料；
以镍钴氢氧化物电极材料为工作电极，以Pt片作为对电极，汞或氧化汞电极作为参比电极，2mol/L的KOH溶液作为电解液，形成超级电容。
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