[发明专利]一种合成镍钴铁氧化物三维立式纳米片结构电极材料的方法和应用

说明书

一种合成镍钴铁氧化物三维立式纳米片结构电极材料的方法和应用属于超级电容器储能领域。本发明的方法是将镍盐、钴盐、铁盐溶入乙醇、乙二醇和水的混合溶液中并搅拌均匀，然后把处理过的泡沫镍浸入上述溶液中，溶剂热反应一段时间，把覆盖有反应生成物的泡沫镍取出烘干后，即可得到镍钴铁氧化物三维立式纳米片结构电极材料。这种方法直接在泡沫镍上生长电极材料，无粘结剂的使用，增加了导电性和机械稳定性。同时镍、钴、铁三者之间的复合，在发生协同作用的同时，能提高结构稳定性，避免团聚现象的产生，提高表面积。本方法操作简单，安全环保，可控性强，原料廉价易得，适合大规模生产和工业应用的需要。

技术领域

本发明属于储能材料制备技术领域，具体涉及一种合成镍钴铁氧化物三维立式纳米片结构电极材料的方法和应用。

背景技术

电池和电容器是常见的储能装置，前者是通过活性材料发生化学反应，将化学能转化为电能的装置，具有较高的能量密度，但电池的功率密度有限；电容器是将存储的电荷吸附在两边的极板上进行储能，功率密度高，但是存储的能量较少。超级电容器，又称电化学电容器，是介于传统电容器与二次电池之间的储能器件。相比于电池，超级电容器具有更快的充放电速率和更高的功率密度；相比于传统电容器，其电极材料的来源更加广泛，器件制作成本较低。

超级电容器通常分为双电层电容器和法拉第电容器。双电层电容主要是电荷积聚在碳基材料的表面，而在有限的电容体积内，材料的表面积是有限的，在一定程度上限制了双电层电容的能量密度。法拉第电容器是通过过渡金属化合物或导电聚合物等活性物质发生氧化还原反应来积聚电荷，充放电过程中活性物质不会发生消耗，能进行多次充放电，且不会有体积限制，有很好的应用前景。

近年来，由于过渡金属化合物具有较高的理论比电容和丰富的来源备受关注，但其固有的低电导率和电解液的短扩散距离，总电容只能由电极活性材料的表面部分有效地贡献，而其里面的部分几乎不能参与电荷存储过程，因此导致其电化学性能并不理想。而且目前对过渡金属基电极材料的研究，大多是单金属/双金属，充放电过程中容易发生团聚现象，且比表面积较小，使其应用严重受限。

发明内容

本发明的目的是解决现有金属氧化物电极材料存在的电荷转移阻力大，导电性差，并且比容值小等而使其应用严重受限的问题，提供一种合成镍钴铁氧化物三维立式纳米片结构电极材料的方法和应用。

一种合成镍钴铁氧化物三维立式纳米片结构电极材料的方法和应用，是按以下步骤完成：

(1)泡沫镍的预处理：

将泡沫镍浸入到浓度为1～2mol/L稀盐酸中20～30min，取出后先用无水乙醇清洗，再用去离子水冲洗，得到去除杂质的泡沫镍；

(2)配置镍钴铁盐溶液：

将镍盐、钴盐、铁盐和尿素溶解在乙醇、乙二醇和水的混合溶液中，电磁搅拌器上搅拌13～17min，配置镍钴铁盐溶液；

(3)溶剂热反应

将镍钴铁盐溶液倒入反应釜内，再将预处理的泡沫镍垂直插入反应釜内，密封反应釜，并将其移入电鼓风干燥箱中进行溶剂热反应，反应一段时间后，冷却到室温，得到覆盖有反应生成物的泡沫镍；

(4)干燥

将覆盖有反应生成物的泡沫镍取出，用去离子水反复冲洗后，放入电烘箱干燥，得到镍钴铁氧化物三维立式纳米片结构电极材料。

进一步的步骤(2)中所述的镍盐为六水合硝酸镍，在溶液中的浓度为0.04～0.09mol/L；钴盐为六水合硝酸钴，在溶液中的浓度为0.04～0.07mol/L；铁盐为九水合硝酸铁，在溶液中的浓度为0.02～0.05mol/L。且镍盐、钴盐、铁盐的总溶液浓度为0.1～0.2mol/L，尿素为0.05～0.08mol/L。

进一步的步骤(2)中所述的乙醇、乙二醇和水的体积比为1:2:3。