一種原位生長制備氧化鈷納米片超電容電極材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種原位生長制備氧化鈷納米片超電容電極材料的方法，屬于超電容 電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 超級電容器長久以來都以具有大功率和長壽命的特點而受到青睞，與傳統(tǒng)意義上 的電容器相比較，還具有充放電速度快、綠色環(huán)保無污染等突出優(yōu)點，應(yīng)用前景十分廣闊， 已成功應(yīng)用于電動汽車、新能源發(fā)電、高功率武器裝備等領(lǐng)域。電極材料作為超級電容器的 核心部件已取得較大發(fā)展，目前，超級電容器電極材料主要有碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚 合物，其中，賤金屬氧化物（氧化鈷、氧化鎳、氧化錳等）因具有理論比電容值大、成本低廉、 環(huán)境友好等特點，正成為眾多研究者關(guān)注的熱點。
[0003] 目前，氧化鈷主要通過濕化學(xué)法制備。例如：2013年10月23日公開了一件名稱為 "一種超級電容器氧化鈷電極材料的制備方法"的中國專利，其申請?zhí)枮椋?01310293487. 2。 該專利公開的方法是以泡沫鎳為基底，硝酸鈷和表面活性劑為原料，以乙醇或異丙醇作為 溶劑，通過溶劑熱法制備氧化鈷電極材料，以制備得到的氧化鈷電極作為工作電極，飽和甘 汞電極為參比電極，鉑電極為對電極，5mol/L的KOH水溶液為電解液。當(dāng)電流密度為2A/g 時，比電容達到817. lF/g。2014年03月12日，中國專利數(shù)據(jù)庫中又公開了一件名稱為"一 種一氧化鈷/碳納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法"，其申請?zhí)枮椋?01310641836. 5,該方法在95°C 水熱條件下，以鎳網(wǎng)為基底，生長得到一氧化鈷納米線陣列的前驅(qū)體，在退火得到一氧化鈷 陣列的同時，通過化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在一氧化鈷的表面生長了一層結(jié)晶性好的石墨碳層， 得到的電極材料功率密度和能量密度性能優(yōu)異，其比容量最高可達到3282. 2F/g。
[0004] 其不足之處在于，雖然以上方法制得的氧化鈷電極具有良好的電化學(xué)性能，但制 備過程復(fù)雜、效率低，需要在苛刻的條件下完成，以上方法很難在工業(yè)上推廣應(yīng)用，且產(chǎn)品 性能穩(wěn)定性無法得知。
[0005] 因此，迫切需要一種簡單高效、低成本的方法制備氧化鈷超電容電極材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種原位生長制備氧化鈷納米片 超電容電極材料的方法，該制備方法簡單、成本低、污染小，制得的氧化鈷電極材料具有較 高的比電容值和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種原位生長制備氧化鈷納米片 超電容電極材料的方法，包括如下步驟：
[0008] S1、對鈷片基體進行預(yù)處理，去除其表面的油脂和氧化物；
[0009] S2、將預(yù)處理過的鈷片基體置于無水乙醇中進行超聲震蕩浸泡，取出后烘干，真空 保存待用；
[0010] S3、將步驟S2制得的待用鈷片進行氧化處理，得到氧化鈷超電容電極材料。
[0011] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述鈷片基體厚度為〇. 05~0. 15mm。氧化鈷直接在鈷片 基體原位生長獲得，提高了電極片電導(dǎo)率，使其電容性能更加優(yōu)異。
[0012] 步驟Sl所述預(yù)處理包括堿洗和酸洗，具體如下：
[0013] 將鈷片基體浸沒于3mol/L的NaOH溶液中，在超聲清洗器中水浴40-50°C清洗 10-20min，去除鈷片基體表面的油脂；
[0014] 再用去離子水沖洗鈷片基體后將其轉(zhuǎn)移到稀鹽酸中，并在超聲清洗器中水浴 40-50°C清洗10_20min，去除鈷片基體表面氧化物。
[0015] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟S2所述超聲震蕩浸泡的時間為5~lOmin。
[0016] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟S3所述氧化處理采用電阻爐或燃氣爐，氧化氣氛為 空氣。無需在特定的氣氛中氧化，降低了制備成本和設(shè)備要求。
[0017] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟S3所述氧化處理的溫度為200~600°C，時間為1~ 32h。氧化鈷在鈷片基體上原位氧化生長獲得，氧化溫度和時間對氧化鈷生成及形貌有直接 影響，氧化溫度過低、時間過短，生成的氧化鈷較少且不連續(xù)，作為電極材料工作時，活性物 質(zhì)少，電容性能差；氧化溫度過高、時間過長，生成的氧化鈷層較厚，納米片狀形貌消失，作 為電極材料工作時，離子傳輸受阻，電容性能急劇下降，而且氧化溫度過高、時間過長會導(dǎo) 致制備過程能耗增加，制備效率降低。步驟S3的氧化處理溫度選用200-600°C，隨氧化溫度 升高，氧化鈷在鈷片表面的分布由間斷分布生長為連續(xù)均勻分布，且表層納米片狀氧化鈷 逐漸增加，溫度超過400°C片狀氧化鈷逐漸生長成為塊狀；氧化時間為l_32h，隨氧化時間 延長，片狀氧化鈷呈現(xiàn)出從無到有，再到均勻分布，最后生長成為塊體狀的變化趨勢。
[0018] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟S3所述氧化處理的溫度為300°C，時間為16h。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果如下：本發(fā)明制備氧化鈷納米片超電 容電極材料的方法，簡單、高效、制備成本低、環(huán)境污染小，制得的氧化鈷納米片電極材料具 有優(yōu)異的電容性能；氧化鈷納米片均勻分布在鈷基體表面，相互交錯生長使氧化鈷層具有 疏松多孔結(jié)構(gòu)，增大電極材料的活性面積，提高了離子在電極表面的傳輸速率，測得比電容 值可達309. 4F/g (掃描速率50mV/s)，經(jīng)過10000次充放電循環(huán)后，比電容值保持率仍有 80. 5% (249. lF/g)，具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明實施例1制得的氧化鈷納米片電極材料的掃描形貌照片。
[0021] 圖2是本發(fā)明實施例1制得的氧化鈷納米片電極材料的循環(huán)伏安曲線。
[0022] 圖3是本發(fā)明實施例1制得的氧化鈷納米片電極材料的循環(huán)壽命曲線。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明 的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0024] 實施例1
[0025] 本實施例的原位生長制備氧化鈷納米片超電容電極材料的方法，包括如下步驟：
[0026] S1、預(yù)處理，包括堿洗和酸洗，具體如下：
[0027] 將厚度為0.1 mm的鈷片基體浸沒于3mol/L的NaOH溶液中，在超聲清洗器中水浴 40-50°C清洗10-20min，去除表面的油脂；
[0028] 再用去離子水沖洗鈷片基體后將其轉(zhuǎn)移到質(zhì)量分數(shù)低于