[发明专利]镍基超级电容电极材料及其制备方法、超级电容

说明书

技术领域

本发明属于超级电容技术领域，具体涉及一种镍基超级电容电极材料及其制备方法、超级电容。

背景技术

氧化镍/氢氧化镍是国际能源新材料领域重点关注的一种新兴赝电容电极材料。与炭材料，导电聚合物超级电容材料相比，赝电容具有更高的比电容、能量密度和功率密度。目前，赝电容电极材料中，仅氧化钌进入了应用阶段。但是，氧化钌原材料昂高、毒性大，仅限于军工和特种行业领域。因此，寻求价低、无污染、能替代氧化钌的其它过渡金属氧化物材料是人们的重点和热点。氧化镍、氢氧化镍在窗口电压为0.5时，理论比电容高达2584和2082F/g，来源丰富、价格低廉、环境友好，是人们关注的重要对象之一。

氧化镍/氢氧化镍负载于集流体(不锈钢、泡沫镍、活性碳纤维)表面制成电极，是目前氧化镍基超级电容研发的主要方式之一。目前，氧化物镍超级电容电极主要通过两种途径来实现，一是将氧化镍制成纳米粉体，并与碳材料、聚四氟乙烯混合，然后压制于集流体上组成电极；另一种方法是将氧化物镍以薄膜的形式，直接负载在集流体上，作为电极使用。通常，混合法所制电极不仅工艺复杂、时间长，而且其比电容降低、循环性能差，而以薄膜形式将氧化镍/氢氧化镍负载于集流体上，无需粘结剂和导电剂，具有更小的接触电阻，故比电容、倍率性能和循环寿命极大增加，因此这种方式更为大家所关注。目前，制备大倍率氧化镍/氢氧化镍薄膜超级电容电极材料制备技术主要五种，化学浴沉积法(含水热法)，阴/阳极电沉积法，氧化处理法，电化学脱合金法和阳极氧化法。

在以上五种方法中，阳极氧化法是目前超级电容特性最佳的方法。由于镍非阀值金属材料，所以其成膜并不容易。为了成膜，并使膜层具有纳米多孔形貌，一般采用电化学三电极工作体系，使电压线性增加一定值，然后进行保压或恒流，在浓硫酸或浓磷酸及氟化物或氯化物溶液体系进行阳极氧化。Guoge Zhang课题组先后报导了两种方式制备大倍率高性能镍基超级电容电极。一，他们采用80wt％的浓磷酸和5％的氟化氨，先线性增加至电位3.5V，然后保压，获得了类泡沫状的纳米多孔氟化镍和氢氧化镍泡沫，其在100A/g(相当于15mA/cm²)时，比电容高达1680F/g，经2000次循化，其比电容仍高达1200F/g以上[M Jin,G.G Zhang,F Yu,W.F Li,W Lu,H.T Huang.Sponge-like Ni(OH)₂–NiF₂composite film with excellent electrochemical performance.Physical Chemistry Chemistry.Physics,2013,15:1601-1605]；二，其采用0.15M的硫酸和0.0375M的氯化铯做电解液，先线性增至电位0.7V，然后保压1分钟，随后在10mA的电流下恒流200分钟，获得镍基氢氧化镍薄膜(厚度400nm)电极，比电容在500mv/s时高达0.167F/cm²，而且经4500次循环，比电容反而增加至0.193F/cm²[G.G Zhang,W.F Li,K.Y Xie,F Yu,H.T Huang.A One‐Step and Binder‐Free Method to Fabricate Hierarchical Nickel‐Based Supercapacitor Electrodes with Excellent Performance.Advanced Functional materials,23(29):3675-3681]。但是其制备需要采用昂贵的三电极电化学工作站，且需用腐蚀性较强的酸，难于大规模应用于生产。如果采用两电极，那么工艺参数选择很难，所生成膜极易产生龟裂纹，进而导致薄膜电极材料循环寿命降低。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种镍基超级电容电极材料及其制备方法，以解决现有镍基电极材料比容量不理想，其制备方法成本高，难于大规模生产的技术问题。

本发明实施例的另一目的在于提供一种容量大，使用寿命长的超级电容。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种镍基超级电容电极材料的制备方法，包括如下步骤：

获取镍片，并对所述镍片进行表面清洗处理；

将经清洗处理的所述镍片连接两电极直流电源的正极后置于电解液中，开启所述直流电源，采用步进阶跃阳极氧化法在所述镍片表面原位生成镍基氧化物膜层；