[发明专利]超级电容器用高性能氧化镍钴复合纳米线薄膜

说明书

技术领域

本发明属于电化学超级电容器领域，特别是一种超级电容器用高性能氧化镍钴复合纳米线薄膜。

背景技术

电化学超级电容器是介于传统电容与电池之间的新能储能元件，它兼具了传统电容的高比功率及电池的高比容量的特点，循环寿命长，工作温度范围宽等优点，使其在电动汽车、通讯、航天、信号控制等领域有着广泛的运用。电极材料是超级电容性能的核心，是提高电容性能的关键因素，研制性能优越的电极材料已成为研究者一直以来追求的目标。氧化镍、氧化钴又以其理论容量高、环境友好、操作安全等优点成为制作超级电容器最受青睐的材料，常用的氧化镍、氧化钴活性材料一般为纳米粉体材料，粉体材料在应用时往往需要均匀地涂覆在集流体上，不可避免地会使用一些有机粘合剂，且氧化镍、氧化钴二者导电性较差，电子传输速率较慢，使用时还需要与一些导电剂混合，这一手段不仅让活性材料的部分比表面积丧失，降低了材料性能，也繁琐了电极制备过程。

氧化镍或氧化钴的薄膜电极则可以避免上述问题，目前已有较多利用电化学沉积、化学水浴沉淀及水热法制备超级电容器用Ni(OH)₂、Co(OH)₂薄膜的报道。其中性能最好的有以下几种：1、Yang guang-wu利用电沉积在泡沫镍基底上制备出的质量比容量高达3152F/g(4A/g)的Ni(OH)₂薄膜，但是该薄膜循环300圈之后性能就衰减了52％；2、Y.F.Yuan利用化学水浴沉淀法在泡沫镍上制备了多孔Ni(OH)₂/NiOOH复合薄膜，循环1000圈该薄膜容量也由1420F/g(2A/g)降低至1150F/g(80％)；3、Kong De-Shuai通过阴极电沉积法制备出以镍基底的疏松多孔的Ni(OH)₂电极，该电极最大质量比容量为1634F/g(1A/g)，但是循环500圈仅有59.3％保留；4、Zhou Wen-Jia利用电化学沉积法在泡沫镍和钛片上制备了Co(OH)₂薄膜，分别显示了2646F/g(8A/g)和1018F/g(8A/g)的质量比容量，虽然其泡沫镍为基底的膜的性能保持在96％，但是仅讨论了300圈循环的数据；5、Xia Xinhui等利用水热法在泡沫镍基底上制备出了具有核壳结构NiOCo₃O₄阵列，显示了853F/g(2A/g)的比容量，在2A/g充放电电流密度下循环6000圈之后仍保持95.1％的容量。以上1-4提到的膜虽然有较高的容量，但是循环性能均不佳，主要原因在于电化学沉积和化学水浴沉淀的制备的Ni(OH)₂、Co(OH)₂多为纳米级片状构成的多孔膜，OH-离子在嵌入和脱出的过程中容易破坏片状结构，且生长不够牢固容易从基地上脱落，而第5种膜虽然循环性能好，但是其质量比容量较低，并且这些膜大多以镍为基地，镍基底对碱性环境不稳定，实际运用时会受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超级电容器用高性能氧化镍钴复合纳米线薄膜，该薄膜不仅具有较大的比表面积，能简化电极的制备工艺，对碱性环境稳定等优点，还具有优越的超级电容性能，如具备高质量比容量和良好的循环性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种超级电容器用高性能氧化镍钴复合纳米线薄膜，由镍盐和钴盐为原料，在金属钛基底上生成的镍钴复合纳米线薄膜，其中镍盐和钴盐的摩尔比为1～5∶1～5。

镍盐和钴盐优化的摩尔比为1∶1。

镍盐为六水合硝酸镍，钴盐为六水合硝酸钴。

与现有技术相比，本技术方案具有以下有益效果：

1.本发明提供的氧化镍钴(NiO-CoO)复合纳米线薄膜不仅可以改善参与电化学反应的电子传递速率，巨大的表面积还提供了更多的有效活性反应位点，更大程度地利用了NiO-CoO复合纳米线活性材料，同时一维纳米线阵列结构缩短了电化学反应时离子和电子的扩散通道，提高了超级电容性能，可直接用于超级电容器的电极，无需任何导电剂及粘合剂，可极大地简化了电极制备工艺；

2.对碱性环境稳定；电化学超级电容器的电解质一般为碱性电解质，金属钛与碱性介质NaOH、KOH、LiOH均不发生化学反应；