一種新型鎳復(fù)合碳電極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合電極材料制備領(lǐng)域，具體設(shè)及一種鑲@復(fù)合碳電極材料的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)新型、低成本、環(huán)境友好和高性能能量存儲(chǔ)設(shè)備的需 求也日益增加。超級(jí)電容器因具有高的功率密度、高的能量密度、長的循環(huán)壽命和低的維護(hù) 費(fèi)用，有望成為一種新型的能源存儲(chǔ)設(shè)備。而電極材料在超級(jí)電容器中起著核屯、的作用，因 此研究具有高能量儲(chǔ)存性能的電極材料是超級(jí)電容器研究的重要方向。
[0003] 近年來，金屬氧化物/氨氧化物電極材料因其能夠展現(xiàn)出較高的比電容而得到極 大的關(guān)注。在眾多的金屬氧化物/氨氧化物中，鑲氧化物/氨氧化物因其成本低廉、環(huán)境友 好、具有更高的比電容和良好的可逆性而得到更為廣泛的研究和應(yīng)用。然而，鑲氧化物/氨 氧化物電極材料存在導(dǎo)電率低、循環(huán)穩(wěn)定性差等問題。因此，研究具有高電化學(xué)性能、高穩(wěn) 定性的新型鑲基電極材料具有良好的應(yīng)用前景。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，也有采用金屬鑲基材料作為超級(jí)電容器電極材料，如Xing等 報(bào)道了通過水合阱的還原制得了納米鑲顆粒，獲得了 417F/g的比電容（Nickel nanoparticlespreparedbyhydrazinehydratereductionandtheirapplication insupercapacitor.PowderTechnology, 2012, 224:162-167) ;Niu等報(bào)道了通過水合阱還 原氯化鑲和氧化石墨締的復(fù)合物制得了鑲/石墨締復(fù)合電極材料，其比電容達(dá)到了 560F/ g(SolvothermalsynthesisofNi/reducedgrapheneoxidecompositesaselectrode materialforsupercapacitors.ElectrochimicaActa, 2014, 123:560-568);然而，他們 在制備金屬Ni基材料時(shí)所使用的溶劑是有毒的，制備金屬Ni基材料方法也較為復(fù)雜和困 難，不利于其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于；采用簡便的方法制備出新型鑲@復(fù)合碳電極材料，并且提供 此材料在超級(jí)電容器中的應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一步鍛燒法原位制備新型鑲@復(fù)合碳電極材料，主要包 括W下步驟：
[0007] (1)將葡萄糖、畑典1和鑲鹽混合均勻，
[000引其中，鑲鹽為鑲的氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽或己酸鹽等水溶性鹽，優(yōu)選氯化鑲，
[0009] 鑲鹽和葡萄糖的質(zhì)量百分比為20~300%，優(yōu)選為32~250%，
[0010] 氯化錠不僅起到造孔作用，也在制備過程中，起到對(duì)碳材料的形貌進(jìn)行塑形的作 用；
[0011] (2)將步驟（1)中的混合物放入相蝸并置于管式爐中；
[0012] (3)在步驟（2)中所述的管式爐中，W高純惰性氣體作為保護(hù)氣氛，對(duì)所述混合物 進(jìn)行高溫鍛燒，
[0013] 高純惰性氣體為純度大于99. 999%的高純氮?dú)?、高純氣氣、高純氮?dú)猓?br>[0014]高溫鍛燒操作為，W1~l〇°C/min的升溫速率，升溫至600~1500°C，并維持1~ 5h,
[0015]作為優(yōu)選；W5°C/min的升溫速率，升溫至1000°C，并維持化；
[0016] (4)將步驟（3)中高溫鍛燒后的產(chǎn)物冷卻至常溫，用去離子水和無水己醇洗漆，干 燥后獲得鑲@復(fù)合碳電極材料。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于；通過一步鍛燒法原位制備了鑲@復(fù)合碳電極材料。原料 鑲鹽和葡萄糖廉價(jià)易得，無需任何溶劑，工藝操作簡便，節(jié)約了生產(chǎn)成本；制備形成如附圖 2所示的特殊結(jié)構(gòu)的新型鑲@復(fù)合碳電極材料，具有多孔結(jié)構(gòu)，并且其石墨化程度較高；該 新型鑲@復(fù)合碳電極材料表現(xiàn)出了更為優(yōu)異的電化學(xué)性能。鑲金屬的形貌改變主要是由鍛 燒過程中的碳材料所決定（而碳材料的形貌則主要由氯化錠決定），碳材料向石墨締轉(zhuǎn)化 過程中，鑲金屬能夠作為支撐骨架，一定程度地進(jìn)入到石墨締的結(jié)構(gòu)中，而在反應(yīng)結(jié)束后的 復(fù)合電極材料中，由于鑲金屬的支撐骨架作用，有利于維持材料的特殊形貌，克服了單純的 碳材料形貌容易遭到破壞的缺陷。
【附圖說明】
[001引圖1為實(shí)施例1所制得新型鑲@復(fù)合碳電極材料的XRD圖。
[0019] 圖2為實(shí)施例1所制得新型鑲@復(fù)合碳電極材料的陽沈M圖。
[0020] 圖3為實(shí)施例1所制得新型鑲@復(fù)合碳電極材料在2MKOH溶液中，lA/g的電流密 度下的性能循環(huán)圖。
[002U圖4為3種不同材料的UV-Vis吸收譜圖，
[0022] 其中，曲線a代表實(shí)施例1中所制得的鑲@復(fù)合碳電極材料，經(jīng)過充分酸洗（依次 用3mol/L鹽酸、去離子水洗漆，并干燥）后的UV-Vis吸收譜圖；
[0023] 曲線b代表與實(shí)施例1同等條件下未添加氯化鑲，所制得的碳電極材料，經(jīng)過充分 酸洗（依次用3mol/L鹽酸、去離子水洗漆，并干燥）后的UV-Vis吸收譜圖；
[0024] 曲線C代表與實(shí)施例1同等條件下未添加氯化錠，所制得的鑲@復(fù)合碳電極材料， 經(jīng)過充分酸洗（依次用3mol/L鹽酸、去離子水洗漆，并干燥）后的UV-Vis吸收譜圖，
[0025] 經(jīng)上述紫外-可見光譜扣V-Vis)表征可知，只有添加了金屬鹽和氯化錠進(jìn)行鍛燒 的碳材料，在波長為270nm處出現(xiàn)明顯的石墨締結(jié)構(gòu)特征峰，表明所得產(chǎn)物石墨化程度高。
【具體實(shí)施方式】[0026] 實(shí)施例1
[0027] (1)將2g葡萄糖、2g畑典1和1. 3010g氯化鑲進(jìn)行充分混合均勻；
[002引 （2)將步驟（1)中的混合物放入相蝸并置于管式爐中；
[0029] (3)在步驟（2)中所述的管式爐中，W純度大于99. 999 %的高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣 氛，W5°C/min的升溫速度升至1000°C，并維持此溫度化，對(duì)混合物實(shí)現(xiàn)鍛燒；
[0030] (4)將步驟（3)中鍛燒后的產(chǎn)物冷卻至常溫，用去離子水和無水己醇洗漆，干燥后 獲得鑲@復(fù)合碳電極材料。
[0031] 圖1為上述所制得新型鑲@碳復(fù)合材料的X畑圖，經(jīng)X-射線粉末衍射狂畑）表征， 所制得的產(chǎn)物為鑲@碳，其中，鑲對(duì)應(yīng)于（JCPDS:04-0850)。
[0032] 圖3為上述所制得新型鑲@碳復(fù)合材料在lA/g電流密度下的性能循環(huán)圖，從其循 環(huán)充放電3000次后，可W看到其比電容只衰減了約5 %。
[0033] 采用實(shí)施例1制備得到的新型鑲@復(fù)合碳電極材料用于超級(jí)電容器正極材料，獲 得了較高的比電容，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在2MKOH溶液中，lA/g的電流密度下，其比電容達(dá)到了 786F/g，顯示出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
[0034] 圖4中的曲線a代表實(shí)施例1中所制得的鑲@復(fù)合碳電極材料，經(jīng)過充分酸洗（依 次用3mol/L鹽酸、去離子水洗漆，并干燥）后的UV-Vis吸收譜圖，表明電極材料中碳材料 的石墨化程度很高。
[0035] 實(shí)施例2
[0036] (1)將2g葡萄糖、2g畑典1和1. 8281g硝酸鑲進(jìn)行充分混合均勻；
[0037] (2)將步驟（1)中的混合物放入相蝸并置于管式爐中；
[003引 （3)在步驟（2)中所述的管式爐中，W純度大于99. 999 %的高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣 氛，Wl0°C/min的升溫速度升至1500°C，并維持此溫度0.化，對(duì)混合物實(shí)現(xiàn)鍛燒；
[0039] (4)將步驟（3)中鍛燒后的產(chǎn)物冷卻至常溫，用去離子水和無水己醇洗漆，干燥后 獲得鑲@復(fù)合碳電極材料。
[0040] 該方法制備得到的鑲@復(fù)合碳電極材料用于超級(jí)電容器正極材料，獲得了較高的 比電容，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在2MKOH溶液中，lA/g的電流密度下，其比電容達(dá)到了 810F/g，顯 示出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
[0041] 實(shí)施例3
[0042] (1)將2g葡萄糖、2g畑典1和1. 7686g己酸鑲進(jìn)行充分混合均勻；
[0043] (2)將步驟（1)中的混合物放入相蝸并置于管式爐中；
[0044] (3)在步驟（2)中所述的管式爐中，W純度大于99. 999 %的高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣 氛，W9°C/min的升溫速度升至1400°C，并維持此溫度比，對(duì)混合物實(shí)現(xiàn)鍛燒；
[0045] (4)將步驟（3)中鍛燒后的產(chǎn)物冷卻至常溫，用去離子水和無水己醇洗漆，干燥后 獲得鑲@復(fù)合碳電極材料。
[0046] 該方法制備得到的鑲@復(fù)合碳電極材料用于超級(jí)電容器正極材料，獲得了較高的 比電容，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在2MKOH溶液中，lA/g的電流密度下，其比電容達(dá)到了 806F/g，顯 示出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
[0047] 實(shí)施例4
[0048] (1)將2g葡萄糖、2gNH4CI和1. 5884g硫酸鑲進(jìn)行充分混合均勻；
[0049] (2)將步驟（1)中的混合物放入相蝸并置于管式爐中；
[0化0] (3)在步驟（2)中所述的管式爐中，W純度大于99. 999 %的高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣 氛，W8°C/min的升溫速度升至1300°C，并維持此溫度1.化，對(duì)混合物實(shí)現(xiàn)鍛燒；
[0化1] (4)將步驟（3)中鍛燒后的產(chǎn)物冷卻至常溫，用去離子水和無水己醇洗漆，干燥后 獲得鑲@復(fù)合碳電極材料。
[0052]該方法制備得到的鑲@碳復(fù)合材料用于超級(jí)電容器正極材料，獲得了較高的比電 容，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在2MKOH溶液中，lA/g的電流密度下，其比電容達(dá)到了 801F/g，顯示出 優(yōu)異的電化學(xué)性能。
[0化3]實(shí)施例5
[0054] (1)將2g葡萄糖、2gNH4CI和1. 3010g氯化鑲進(jìn)行充分混合均勻；
[0055] (2)將步驟（1)中的混合物放入相蝸并置于管式爐中；
[0化6] (3)在步驟（2)中所述的管式爐中，W純度大于99. 999 %的高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣 氛，W7°C/min的升溫速度升至1200°C，并維持此溫度化，對(duì)混合物實(shí)現(xiàn)鍛燒；
[0化7] (4)將步驟（3)中鍛燒后的產(chǎn)物冷卻至常溫，用去離子水和無水己醇洗漆，干燥后 獲得鑲@復(fù)合碳電極材料。
[005引該方法制備得到的鑲@復(fù)合碳電極材料用于超級(jí)電容器正極材料，獲得了較高的 比電容，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在2MKOH溶液中，lA/g的電流密度下，其比電容達(dá)到了 795F/g，顯 示出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
[0059] 實(shí)施例6
[0060] (1)將2g葡萄糖、2g畑典1和1. 3010g氯化鑲進(jìn)行充分混合均勻；
[0061] (2)將步驟（1)中的混合物放入相蝸并置于管式爐中；
[0062] (3)在步驟（2)中所述的管式爐中，W純度大于99. 999 %的高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣 氛，W6°C/min的升溫速度升至llOOC，并維持此溫度2.化，對(duì)混合物實(shí)現(xiàn)鍛燒；
[0063] (4)將步驟（3)中鍛燒后