[发明专利]钴-铋复合氧化物的制备及其在制备超级电容器电极中的应用

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种钴-铋复合氧化物材料及其制备；本发明同时还涉及该钴-铋复合氧化物材料在制备超级电容器电极中的应用。

背景技术

超级电容器又称电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件。它比传统电容器具有更高的比电容和能量密度，比电池具有更高的功率密度，可瞬间释放特大电流，具有充电时间短、充电效率高、循环使用寿命长、无记忆效应以及基本无需维护等特点，其应用前景非常广阔。电极材料是超级电容器技术发展的核心，用作超级电容器电极材料的物质应具有适当的热力学稳定性，以及良好的电子、离子导电性，并且在商业应用中要求其成本低且重量轻。

Co₃O₄是一种重要的功能性材料，是制备锂离子电池正极材料钴酸锂的主要原料。纳米Co₃O₄具有独特的电子学、磁学和催化性能等，在气体传感器、催化剂、磁性材料以及超级电容器电极材料等领域有着广泛的应用前景。而复合电极材料作为超级电容器电极材料，不仅能够实现材料性能和成本的合理利用，并且具有单一电极材料所不具备的优良性能，应用前景十分广泛。

发明内容

本发明的目的是提供一种钴-铋复合氧化物的制备方法；

本发明还有一个目的，就是提供上述钴-铋复合氧化物在制作超级电容器电极材料中的应用。

（一）钴-铋复合氧化物的制备

本发明钴-铋复合氧化物的制备方法，是将Bi(NO₃)₃·5H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O溶解到DMF中，于160~200℃下处理10~12h，抽滤，用无水乙醇和蒸馏水洗涤，抽滤产物于40~60℃真空干燥12~24h，得到钴-铋复合氢氧化物前驱体；然后将前驱体于250~300℃热处理4~5h，得到钴-铋复合氧化物。

所述Bi(NO₃)₃·5H₂O与Co(NO₃)₂·6H₂O的摩尔比分别为：1:2（Bi_0.4Co_0.8O_1.4）；3:2（Bi_0.6Co_0.4O_1.6）；4:3（Bi_0.8Co_0.6O_0.8）；2:1（Bi_1.0Co_0.5O_2.0）；3:1（Bi_1.2Co_0.4O_2.2）；14:3（Bi_1.4Co_0.3O_2.4）；8:1（Bi_1.6Co_0.2O_2.6）。

所述抽滤采用砂芯过滤装置，且滤膜为孔径45μm的有机滤膜。

本发明制备的钴-铋复合氧化物，其分子表达式为Bi_2xCo_(1-x)O_（2x+1），其中，x=0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8。

下面通过场发射扫描电镜（FESEM）、X射线衍射（XRD）、以及电化学工作站CHI660B对本发明制备的钴-铋复合氧化物材料的结构及性能作详细说明。

图1为本发明的氢氧化物前驱体的场发射扫描电镜（SEM）图片。从图1可以看出，前驱体复合物呈现纳米颗粒堆积成的不规则椭球状，颗粒直径大约40nm左右。一些粒子相互堆积成为粒径较大的颗粒，而且颗粒之间形成了许多孔洞。

图2为本发明的复合氧化物Bi_1.6Co_0.2O_2.6的场发射扫描电镜（SEM）图片。从图2复合氧化物继承了前驱体不规则颗粒的形貌，但颗粒的粒径相比于前驱体略有所增大，大约是50nm。粒径增大是烧结所致。复合氧化物的颗粒之间存在着许多介孔，这些孔道有利于电解质离子的渗透，从而有助于其作为超级电容器电极材料更好的发挥电化学性能。