[发明专利]一种具有导电陶瓷界面的多孔钛基体负载氧化镍(氢氧化镍)电极制备方法

说明书

本发明公开了一种具有导电陶瓷界面的多孔钛基体负载氧化镍(氢氧化镍)电极制备方法，包括以下步骤：(1)将金属氢化钛粉与镍粉球磨混合，得到金属粉末混合物；(2)将一定量的金属混合粉末放入钢模中加压制成金属压坯；(3)将金属压坯放入管式炉中控制烧结气氛和温度时间，获得具有导电陶瓷界面的多孔钛基体负载氧化镍电极；(4)使用稀酸、去离子水分别清洁电极表面；(5)在硝酸镍中使用阴极极化的方法在电极表面沉积一定量氢氧化镍，制得具有导电陶瓷界面的多孔钛基体负载氢氧化镍电极。本发明利用了高温低氧烧结过程中产生的多孔导电陶瓷Ti_nO_2n‑1‑Ti_xNiO_y界面，降低活性物质与基底之间的接触电阻，提高了活性物质与基底的接触强度。

技术领域：

本发明属于电化学能源和纳米材料领域，涉及一种超级电容器用钛骨架多孔导电陶瓷界面一体化电极制备方法。

背景技术：

超级电容器又叫做电化学电容器，有别与传统电容器依靠正负极板和电介质之前形成的电场储存电荷，超级电容器由电解液和电极、电极材料组成，是介于传统电容器和电池之间的一种新型储能器件，具有充电时间短、循环寿命长、温度特性好、可大电流充放电、节能和绿色环保等特点，在消费类电子产品、太阳能发电系统、智能电网、新能源汽车、工业节能系统、脉冲电源等领域得到广泛的应用。根据电极材料储能机理，超级电容器可分为双电层电容器和法拉第赝电容器。碳基材料是目前广泛使用的双电层电容电极材料，利用双电层储能，其特点是循环寿命长，但比容量小(100-300F/g)。过渡金属氧化物或者氢氧化物是非常具有前景的法拉第赝电容电极材料，利用其快速的可逆氧化还原反应储存电荷，其特点是比容量高，是碳基材料的10～100倍，主要有RuO₂、NiO、CoOx、MnO₂、Ni(OH)₂，Co (OH)₂等，其中，RuO₂是目前最好的赝电容材料，但属于贵金属且价格昂贵限制了其商业化应用。Ni(OH)₂因较高的理论容量(3750F/g)，价格低廉等优良特点被广泛应用于各种电化学储能器件，但过渡金属氧化物或氢氧化物大多都属于半导体，导电性能差，导致其充放电过程电化学极化严重、活性物质利用率较低。为解决这个难题，目前研究表明，采用直接涂覆、电化学沉积等技术将过渡金属氧化物或氢氧化物纳米颗粒附着在石墨烯、泡沫镍、铜铝箔等导电基体表面以增强Ni(OH)₂电化学反应的界面电荷传递能力，可显著增强其电化学活性，从而提高充放电过程的倍率性能和材料的利用率。然而，由于不同的过渡金属氧化物或者氢氧化物与导电基体晶格匹配程度不同，界面电荷传导能力就不同，导致其电化学活性和电极的稳定性差异巨大。

金属钛具有强度高、比重轻、耐腐蚀、无毒、化学稳定性且具有良好的生物相容性等优点。此外，钛的多价态氧化物亚氧化钛(Ti_nO_2n-1)，一种黑色的钛金属氧化物导电陶瓷由于其具有优异的导电性和稳定性，已经成为被广泛使用的新能源功能材料，应用于铅酸电池：亚氧化钛晶格与PbO₂晶格匹配度好，可以增强与PbO₂的结合力，并在充放电过程中保持孔形状和孔率，所以提高正极活性物的成形性和活性物的利用率；应用于锂电池：作为阴极替代石墨可减少充放电循环带来的电容衰减；应用于燃料电池、锌-空气电池：由于其高导电性和耐腐性，是非常有前景的电极材料。研究发现，氧化镍或者氢氧化镍与氧化钛界面具有较好的匹配度，二者之间能够形成接触紧密的导电界面，因此具有非常优异的电化学活性。本发明提供一种具有亚氧化钛导电陶瓷界面的多孔钛基体负载氧化镍(氢氧化镍)电极制备方法。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、成本低、孔隙率可控、易于规模化生产的超级电容器用具有亚氧化钛导电陶瓷界面的多孔钛基体负载氧化镍(氢氧化镍)一体化电极的制备方法。

本发明一种超级电容器用的钛骨架多孔导电陶瓷界面负载活性物质一体化电极的制备方法，包括以下步骤：