C材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超級(jí)電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超級(jí)電容器用Ni1 x yCoxMny (OH)2OC材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)境污染、溫室效應(yīng)以及能源危機(jī)迫使人們急切地尋求一種綠色、安全、無污染的新型儲(chǔ)能裝置。鋰離子電池因其高的能量密度、毒性小被廣泛應(yīng)用于電子便攜設(shè)備、國(guó)防科技、航空航天、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域中，但是鋰離子電池因其自身較差的功率性和潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)限制了其在動(dòng)力電源等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。超級(jí)電容器因其杰出的倍率性能以及循環(huán)壽命被視為鋰離子的補(bǔ)充或替代物，一經(jīng)問世就備受關(guān)注。眾所周知，電極材料對(duì)超級(jí)電容器的性能好壞起著決定性的作用。一般超級(jí)電容器材料包括:碳材料，導(dǎo)電聚合物以及金屬氧化物(氫氧化物)三大類。其中，金屬氧化物(氫氧化物)由于具有比容量高、倍率性、原材料豐富的優(yōu)勢(shì)，是一種具有較好的潛在應(yīng)用前景的超級(jí)電容器材料。本發(fā)明在此提供了一種超級(jí)電容器用Ni1 x yCoxMny (OH)2OC材料及其制備方法，該制備方法簡(jiǎn)單、易控，合適大規(guī)模操作，所制得的Ni1 x yCoxMny(OH)2OC復(fù)合材料具有高比容量及優(yōu)異的倍率性能，具有較好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單、高效、易于操作的超級(jí)電容器用Ni1 x yCoxMny (OH) 2iC材料及其制備方法，采用此方法所得的材料用作超級(jí)電容器活性材料時(shí)具有高比容量和優(yōu)異的倍率性。
[0004]本發(fā)明的超級(jí)電容器用NilxyCoxMny (OH)2OC材料，分子式中0.1 < x彡1，0.1彡y彡I，所述的復(fù)合材料中的Ni1 x yCoxMny (OH)2的粒徑處于10納米至100微米之間。
[0005]本發(fā)明超級(jí)電容器用Ni1 xyCoxMny (OH)2OC材料的制備方法，包括下述步驟:(I)制備Ni1 x yCoxMny(OH)2:將鎳鹽、鈷鹽和錳鹽溶解到混合溶液中，然后加入沉淀劑得到混合液，將上述混合液置于聚四氟乙烯反應(yīng)器中于120-200°C反應(yīng)2-48小時(shí)，分離、干燥后可得Ni1 x yCoxMny(0H)2；⑵引入C制備N1: x yCoxMny(OH)2iC復(fù)合材料:將步驟⑴所得的Ni1 x yCoxMny(0H)2分散到混合溶液中，然后添加C材料，攪拌均勻后置于反應(yīng)釜中二次水熱處理，在100-240°C反應(yīng)1-24小時(shí)，離心、分離干燥后即可得到復(fù)合材料Ni1 x yCoxMny(OH)2iC。
[0006]步驟(I)中鎳鹽、鈷鹽和錳鹽分別是硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物或醋酸鹽；混合溶液為去離子水、無水乙醇、乙二醇和丙酮中任意兩種的混合，混合比例從0.1:1至1:0.1 ;沉淀劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸胺和尿素中的一種或幾種；沉淀劑的用量和金屬鹽總量摩爾比充1:0.5至I:2o
[0007]步驟⑵引入C為具有高的導(dǎo)電性能的碳材料，可以是碳納米管、天然石墨、活性炭和石墨稀中的一種或幾種。
[0008]步驟⑵添加C的質(zhì)量為Ni1 x yCoxMny (OH)2質(zhì)量的l_80wt%。
[0009]步驟(2)的混合溶液為去離子水、無水乙醇、乙二醇和丙酮中任意兩種或多種的混合液。
[0010]本發(fā)明的超級(jí)電容器用Ni1 x yCoxMny(OH)2OC材料的應(yīng)用，所述的Ni1 x yCoxMny (OH)2OC用作超級(jí)電容器活性材料。
[0011]本發(fā)明的NixCoyMn1 x y(0H)2@C材料的制備方法操作簡(jiǎn)單、效率高、綠色安全、合適大規(guī)模生產(chǎn)；所制得的Ni1 x yCoxMny (OH)2OC復(fù)合材料具有高比電容和高功率的特點(diǎn)，并且材料成本低，具有很好的大規(guī)模應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0012]圖la，b 分別為實(shí)施例1 所制備的 NixCoyMni xy (OH)2, NixCoyMn1 x y (OH)2OC 的掃描電鏡圖。
[0013]圖2由實(shí)施例1制備的NixCoyMn1 xy (OH)2OC超級(jí)電容器材料的恒流充放電曲線圖。
[0014]圖3由實(shí)施例1制備的NixCoyMn1 x y (OH)2, NixCoyMn1 x y (OH) 2@C超級(jí)電容器材料的倍率性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
[0016](I)制備 Niasi2Coa083Mnai05(OH)2:將 1.4852g 的 Ni (NO 3) 2.6H20、0.1862g 的Co (NO3)2.6H20和0.2290g的50% Mn(NO3)2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作為沉淀劑，將上述溶液置于聚四氟乙烯反應(yīng)器中于180°C反應(yīng)7.5小時(shí)，分離、干燥后可得NiQ.812CoQ.QS3MnQ.1Q5(0H)2，其形貌如圖1a中所不O
[0017](2)引入C制備Niasi2Coa083Mn0J5(OH)2OC復(fù)合材料:將步驟(I)所得的0.2g的Ni0.Si2Co0.Q83Mn0.105 (OH) 2均勻分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，攪拌均勻后置于反應(yīng)釜中二次水熱處理，在200°C反應(yīng)4小時(shí)，離心、分離干燥后即可得到 N1.8I2CO0.083^110_ 105 (OH) 2@C材料，掃描電鏡如圖1b所示。把所得到的Ni。.812Co0.083Mn0.105 (OH) 2和Ni ο.Si2Co0.Q83Mn0.105 (OH) 2iC分別涂到泡沫鎳上，在2mol/L的KOH電解液中，鉑電極作為對(duì)電極，Hg/HgO電極作為參比電極，三電極體系測(cè)它們的電化學(xué)性能，結(jié)果表明Niasi2CO0.083MnaiQ5 (OH)2在電流密度為0.5A/g時(shí)，比容量能達(dá)到1884.53F/g ;當(dāng)電流密度達(dá)到1A/g時(shí)其比容量是977.38F/go同樣，Niasi2CoaQS3MnaiQ5 (OH)2OC在電流密度為0.5A/g時(shí)，比容量能達(dá)到1712.13F/g ;當(dāng)電流密度達(dá)到ΙΟΑ/g時(shí)其比容量是1535.43F/g ;繼續(xù)增至20A/g時(shí)，比容量仍能保持在0.5A/g時(shí)比容量的79.8%。
[0018]實(shí)施例2
[0019](I)制備 Ni議Coa 047Mn議(OH)2:將 1.6758g 的 Ni (NO 3) 2.6Η20、0.0931g 的Co (NO3)2.6H20和0.1145g的50% Mn(NO3)2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作為沉淀劑，將上述溶液置于聚四氟乙烯反應(yīng)器中于180°C反應(yīng)7.5小時(shí)，分離、干燥后可得Nias95CoaQ47MnQ.Q58(0H)2。
[0020](2)引入C制備Nia895CoaQ47MnQ.Q5S(OH)2iC復(fù)合材料:將步驟⑴所得的0.2g的Ni0.S95Co0.Q47Mn0.058 (OH) 2均勻分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，攪拌均勻后置于反應(yīng)釜中二次水熱處理，在200°C反應(yīng)4小時(shí)，離心、分離干燥后即可得到 Ni0.895Co0.047Mn0.058 (OH) 2iC 材料。把所得到的 Ni0.895Co0.047Mn0.058 (OH) 2和 Ni 0.895Co0.047Mn0.。58 (OH)2OC分別涂到泡沫鎳上，在2mol/L的KOH電解液中，鉑電極作為對(duì)電極，Hg/HgO電極作為參比電極，三電極體系測(cè)它們的電化學(xué)性能，結(jié)果表明Nias95CoaM7Mna(]5S(0H)2、Nias95Cο。.047MnaQ5S (OH)2OC 在電流密度為 0.5A/g 時(shí)，比容量分別是 1720.31F/g、1661.71F/g。
[0021]實(shí)施例3
[0022](I)制備 Nia 625Coai83Mnai92(OH)2:將 1.1167g 的 Ni (NO 3) 2.6H20、0.3725g 的Co (NO3) 2.6H20和0.4581g的50% Mn (NO3) 2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作為沉淀劑，將上述溶液置于聚四氟乙烯反應(yīng)器中于180°C反應(yīng)7.5小時(shí)，分離、干燥后可得Nia 625Coai83Mnai92(OH)2。
[0023](2)引入 C 制備 Nia 625Coa 183Mn0.192(OH)2iC 復(fù)合材料:將步驟(I)所得的 0.2g 的 Ni0.S25Co0.183Mn0.192 (OH) 2均勻分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，攪拌均勻后置于反應(yīng)釜中二次水熱處理，在200°C反應(yīng)4小時(shí)，離心、分離干燥后即可得到 Ni。.625Co0.183Mn0.192 (OH) 2iC 材料。把所得到的 Ni。.625Co0.183Mn0.192 (OH) 2和 Ni 0.625Co0.183Mn0.192(OH)2OC分別涂到泡沫鎳上，在2mol/L的KOH電解液中，鉑電極作為對(duì)電極，Hg/HgO電極作為參比電極，三電極體系測(cè)它們的電化學(xué)性能，結(jié)果表明Nia625Coais3Mnai92(OH)2、Nia 625COai83Mnai92 (OH)2OC 在電流密度為 0.5A/g 時(shí)，比容量分別是 1268.72F/g、1133.99F/g。
[0024]實(shí)施例4
[0025](I)制備 Nia508Coa 263Mna 229 (OH)2:將 0.9306g 的 Ni (NO 3) 2.6H20、0.4656g 的Co (NO3)2.6H20和0.5726g的50% Mn(NO3)2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作為沉淀劑，將上述溶液置于聚四氟乙烯反應(yīng)器中于180°C反應(yīng)7.5小時(shí)，分離、干燥后可得Nia5QSCoa 263MnQ.229 (0H)2。
[0026](2)引入C制備Nia508Coa 263Mna 229 (OH)2iC復(fù)合材料:將步驟(I)所得的0.2g的Ni0.SO8Co0.263Mn0.229 (OH) 2均勻分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，攪拌均勻后置于反應(yīng)釜中二次水熱處理，在200°C反應(yīng)4小時(shí)，離心、分離干燥后即可得到 Ni。.S08Co0.26