[发明专利]一种原位生长制备氧化钴纳米片超电容电极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种原位生长制备氧化钴纳米片超电容电极材料的方法，属于超电容电极材料制备技术领域。

背景技术

超级电容器长久以来都以具有大功率和长寿命的特点而受到青睐，与传统意义上的电容器相比较，还具有充放电速度快、绿色环保无污染等突出优点，应用前景十分广阔，已成功应用于电动汽车、新能源发电、高功率武器装备等领域。电极材料作为超级电容器的核心部件已取得较大发展，目前，超级电容器电极材料主要有碳材料、金属氧化物和导电聚合物，其中，贱金属氧化物(氧化钴、氧化镍、氧化锰等)因具有理论比电容值大、成本低廉、环境友好等特点，正成为众多研究者关注的热点。

目前，氧化钴主要通过湿化学法制备。例如：2013年10月23日公开了一件名称为“一种超级电容器氧化钴电极材料的制备方法”的中国专利，其申请号为：201310293487.2。该专利公开的方法是以泡沫镍为基底，硝酸钴和表面活性剂为原料，以乙醇或异丙醇作为溶剂，通过溶剂热法制备氧化钴电极材料，以制备得到的氧化钴电极作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，5mol/L的KOH水溶液为电解液。当电流密度为2A/g时，比电容达到817.1F/g。2014年03月12日，中国专利数据库中又公开了一件名称为“一种一氧化钴/碳纳米结构阵列的制备方法”，其申请号为：201310641836.5，该方法在95℃水热条件下，以镍网为基底，生长得到一氧化钴纳米线阵列的前驱体，在退火得到一氧化钴阵列的同时，通过化学气相沉积技术，在一氧化钴的表面生长了一层结晶性好的石墨碳层，得到的电极材料功率密度和能量密度性能优异，其比容量最高可达到3282.2F/g。

其不足之处在于，虽然以上方法制得的氧化钴电极具有良好的电化学性能，但制备过程复杂、效率低，需要在苛刻的条件下完成，以上方法很难在工业上推广应用，且产品性能稳定性无法得知。

因此，迫切需要一种简单高效、低成本的方法制备氧化钴超电容电极材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种原位生长制备氧化钴纳米片超电容电极材料的方法，该制备方法简单、成本低、污染小，制得的氧化钴电极材料具有较高的比电容值和优异的循环稳定性。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种原位生长制备氧化钴纳米片超电容电极材料的方法，包括如下步骤：

S1、对钴片基体进行预处理，去除其表面的油脂和氧化物；

S2、将预处理过的钴片基体置于无水乙醇中进行超声震荡浸泡，取出后烘干，真空保存待用；

S3、将步骤S2制得的待用钴片进行氧化处理，得到氧化钴超电容电极材料。

作为本发明的优选方案，所述钴片基体厚度为0.05～0.15mm。氧化钴直接在钴片基体原位生长获得，提高了电极片电导率，使其电容性能更加优异。

步骤S1所述预处理包括碱洗和酸洗，具体如下：

将钴片基体浸没于3mol/L的NaOH溶液中，在超声清洗器中水浴40-50℃清洗10-20min，去除钴片基体表面的油脂；

再用去离子水冲洗钴片基体后将其转移到稀盐酸中，并在超声清洗器中水浴40-50℃清洗10-20min，去除钴片基体表面氧化物。

作为本发明的优选方案，步骤S2所述超声震荡浸泡的时间为5～10min。

作为本发明的优选方案，步骤S3所述氧化处理采用电阻炉或燃气炉，氧化气氛为空气。无需在特定的气氛中氧化，降低了制备成本和设备要求。

作为本发明的优选方案，步骤S3所述氧化处理的温度为200～600℃，时间为1～32h。氧化钴在钴片基体上原位氧化生长获得，氧化温度和时间对氧化钴生成及形貌有直接影响，氧化温度过低、时间过短，生成的氧化钴较少且不连续，作为电极材料工作时，活性物质少，电容性能差；氧化温度过高、时间过长，生成的氧化钴层较厚，纳米片状形貌消失，作为电极材料工作时，离子传输受阻，电容性能急剧下降，而且氧化温度过高、时间过长会导致制备过程能耗增加，制备效率降低。步骤S3的氧化处理温度选用200-600℃，随氧化温度升高，氧化钴在钴片表面的分布由间断分布生长为连续均匀分布，且表层纳米片状氧化钴逐渐增加，温度超过400℃片状氧化钴逐渐生长成为块状；氧化时间为1-32h，随氧化时间延长，片状氧化钴呈现出从无到有，再到均匀分布，最后生长成为块体状的变化趋势。

作为本发明的优选方案，步骤S3所述氧化处理的温度为300℃，时间为16h。