[发明专利]一种泡沫镍负载的碱式碳酸镍钴和二氧化锰核壳结构超级电容器复合电极材料及其制备方法

说明书

一种泡沫镍负载的碱式碳酸镍钴和二氧化锰核壳结构超级电容器复合电极材料及其制备方法，属于超级电容器电极材料技术领域。本发明使用水热法在泡沫镍上合成碱式碳酸镍钴纳米线，之后使用循环伏安法进行电活化，最后使用电沉积法在碱式碳酸镍钴纳米线上复合二氧化锰，形成泡沫镍负载的碱式碳酸镍钴和二氧化锰核壳结构。本发明制备方法，具有工艺简单、反应条件易于控制且原料成本低廉、操作方便、易于工业化生产等特点。泡沫镍负载的碱式碳酸镍钴和二氧化锰核壳结构超级电容器复合电极材料的核壳结构增加了电极反应活性位点，改善了电极的离子传输效率和电导率，使材料具有较高的比电容和倍率性能。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料技术领域，具体涉及一种泡沫镍负载的碱式碳酸镍钴和二氧化锰核壳结构超级电容器复合电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器又称电化学电容器(EC)，是一种新型高效储能元件，具有功率密度高、充放电速度快、循环特性稳定、运行安全、环保等优点。电化学电容器可分为双层电容器、赝电容器和混合超级电容器。虽然双电层电容器(EDLCs)广泛应用于便携式电子产品、混合动力电动汽车和微型器件中，具有较高的功率密度和循环稳定性，但其获得的电容和能量密度通常较低。这是因为EDLCs材料的电荷存储机制主要是电极/电解液界面的电荷分离。与EDLCs材料相比，通过表面/近表面氧化还原反应存储电荷的赝电容材料可以提供更高的比电容。但是，赝电容材料的低传导效率和低利用率是赝电容型超级电容器亟需解决的问题之一。碱式碳酸镍钴是一种具有高理论比电容的赝电容材料，具有丰富的氧化还原反应位点，具有可观的发展前景。本发明采用电化学方法对碱式碳酸镍钴进行活化，再采用电沉积法在其表面镀上二氧化锰以提高材料的电导率和电子传输效率，弥补其为储能材料的短板。该复合材料具有合成简易、储能能力强和稳定性好等特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种泡沫镍负载的碱式碳酸镍钴和二氧化锰核壳结构超级电容器复合电极材料及其制备方法，解决了碱式碳酸镍钴由于本身电导率限制其难以进行复合结构构建的问题。通过本发明方法合成的复合电极材料具有电化学性能强和稳定性好等特点。

本发明所述的一种泡沫镍负载的碱式碳酸镍钴和二氧化锰核壳结构超级电容器复合电极材料的制备方法，该方法使用水热法在泡沫镍上合成碱式碳酸镍钴纳米线，之后使用循环伏安法进行电活化，最后使用电沉积法在碱式碳酸镍钴纳米线上复合二氧化锰，形成泡沫镍负载的碱式碳酸镍钴和二氧化锰核壳结构，其是以碱式碳酸镍钴为核，以二氧化锰为壳。具体步骤如下：

1)将泡沫镍用去离子水和乙醇分别超声波清洗3～5次，每次10～15分钟，以去除杂质；然后在40～60℃下干燥1～3h；

2)将摩尔比为1：1：2的CoCl₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O和CO(NH₂)₂在磁力搅拌下依次加入到去离子水中，搅拌5～10分钟得到水热反应前驱液；随后立即将步骤1)清洗后的泡沫镍置入该水热反应前驱液中，于反应釜中110～160℃下水热反应14～18h，然后将反应釜自然冷却至室温，取出电极材料；

3)将步骤2)得到的电极材料用去离子水和乙醇分别冲洗3～5次，随后在通风、50～70℃下干燥0.5～2h，得到泡沫镍负载碱式碳酸镍钴电极材料；

4)以2～6mol L^-1的KOH溶液为电解液，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极，步骤3)得到的泡沫镍负载碱式碳酸镍钴电极材料为工作电极，采用循环伏安法对泡沫镍负载碱式碳酸镍钴电极材料进行电活化，然后取出工作电极并用去离子水浸泡清洗；循环伏安法的电势窗口为0～0.5V，扫描速度为80～120mV s^-1，循环次数为15～30次；