[发明专利]一种镍钴锰氢氧化物纳米针/氮掺杂碳/泡沫镍电极材料的制备方法

说明书

一种镍钴锰氢氧化物纳米针/氮掺杂碳/泡沫镍电极材料的制备方法，按照如下实施：(1)将泡沫镍基底清洗，烘干；(2)取镍金属盐、柠檬酸、尿素溶解醇溶剂中得到混合溶液A；(3)将处理后的泡沫镍置于混合溶液A中在空气中加热至40～80℃进行处理，直至溶液中晶体完全析出；(4)将处理后的泡沫镍在氩气中焙烧；(5)取镍金属盐、钴金属盐、锰金属盐和尿素溶解在去离子水中得到混合溶液B；(6)将得到的泡沫镍置于混合溶液B中进行水热处理；(7)冷却、洗涤、干燥得到所述电极材料。本发明极大提高了泡沫镍的比表面积，在提高负载量的同时保证了活性物质的形貌和尺寸，从而实现了高面积比容量和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种一种镍钴锰氢氧化物纳米针/氮掺杂碳/泡沫镍电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型的储能装置，具有放电功率大、使用轻便快捷、对环境无污染、循环寿命长、稳定性高、使用温度范围宽、安全性能高等特点，越来越受到人们的重视。电极材料对超级电容器的性能开发影响很大，对其形貌、组成、尺寸进行优化调控是当前电极材料的主要研究方向。面积比电容是一个重要的评估参数，而活性物质的形貌、尺寸和负载量直接影响到面积比容量。相同形貌和尺寸下，负载量越高其比能量和性价比越高；单负载量升高的同时往往会引起材料形貌和尺寸的变化，导致材料结块、活性降低、体积变化无法缓冲、结构不稳定等问题。当前研究报道的活性物质负载量大多在0.5-5mg/cm²之间，远不能达到工业化生产对高比能和低成本的要求。因此，通过设计和优化集流体和活性物质的结构，在实现高负载量的同时保证高面积比容量和循环稳定性非常重要。

三元镍-钴-锰氢氧化物作为超级电容器电极材料的优点如下：(1)导电性好；(2)三元金属有多个可逆氧化态，可起到协同互补的作用；(3)可以提供远大于碳材料的法拉第赝电容。因此引起了人们的广泛兴趣。因此，本发明结合镍-钴-锰氢氧化物和高比表面积的泡沫镍，制备研究了具有高负载量的电极材料，并展现了高的面积比电容比容量和优异的循环性能。

发明内容

本发明提供一种简易可行且可规模化生产的镍钴锰氢氧化物纳米针/氮掺杂碳/泡沫镍的制备方法，通过对泡沫镍进行表面处理，在其表面生成多级结构的碳基结构，极大提高了泡沫镍集流体的比表面积，在提高负载量的同时保证了活性物质的形貌和尺寸，从而实现了高面积比容量和循环稳定性。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案。步骤为：

一种镍钴锰氢氧化物纳米针/氮掺杂碳/泡沫镍电极材料的制备方法，按照如下步骤实施：

(1)将泡沫镍基底清洗，烘干；

(2)称取镍金属盐、柠檬酸、尿素溶解醇溶剂中，搅拌均匀使其完全溶解，得到混合溶液A，其中镍金属盐：柠檬酸：尿素的质量比为1：2：5～10；所述镍金属盐的浓度为30～50mM；

(3)将步骤(1)处理后的泡沫镍置于步骤(2)的混合溶液A中在空气中加热至40～80℃进行处理，直至溶液中晶体完全析出；其中混合溶液A的体积用量以泡沫镍的面积计为100-500mL/8cm²；

(4)将步骤(3)处理后的泡沫镍在氩气中于300℃-800℃焙烧；

(5)称取镍金属盐、钴金属盐、锰金属盐和尿素溶解在去离子水中，搅拌均匀使其完全溶解，得到混合溶液B，其中镍金属盐、钴金属盐、锰金属盐的摩尔比为1:1:1，镍金属盐的摩尔浓度为0.1～2mmol/30mL，尿素的摩尔浓度为0.5～5mmol/30mL；

(6)将步骤(4)得到的泡沫镍置于步骤(5)的混合溶液B中，于100～180℃高温处理；

(7)将步骤(6)高温处理后的泡沫镍自然冷却到室温，洗涤后真空干燥，得到镍钴锰氢氧化物纳米针/氮掺杂碳/泡沫镍电极材料。