[发明专利]一种“核-壳”结构MnO2/NiO二元复合材料制备方法

说明书

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种“核‑壳”结构MnO₂/NiO二元复合材料制备方法，包括绒球NiO的制备。所述绒球NiO的制备过程为：称取适量的聚乙烯吡咯烷酮和六水合硝酸镍，加入到去离子水中，再称取与六水合硝酸镍成一定比例的尿素，也加入去离子水，分别搅拌溶解，超声后将两组溶液混合，再经超声分散后倒入聚四氟乙烯反应釜中100‑120℃，反应10‑14小时，冷却至室温，产物用无水乙醇和去离子水反复抽滤、洗涤，洗净后真空冷冻干燥，得到绿色前驱体，将绿色前驱体在空气气氛下275‑500℃下热处理2‑10小时，得到黑色绒球NiO。该“核‑壳”结构MnO₂/NiO二元复合电极在碱性电解液中具有较高的比电容，在0.5 A/g的电流密度下比电容达627 F/g。

技术领域

本发明属于纳米复合材料、储能材料技术领域，具体涉及一种“核-壳”结构MnO₂/NiO二元复合材料制备方法。

背景技术

超级电容器集传统电容器和普通充电电池的优点于一身，包括具有高功率密度、快速充放电、长寿命的特性同时还能保持性能稳定，并且不会对环境产生污染等。根据储能机理，超级电容器可分为双电层电容器和赝电容器。电极材料是影响超级电容器应用性能的关键。双电层超级电容器常以碳材料作为电极材料，赝电容超级电容器常以导电聚合物、过渡金属氧化物等作为电极材料。大量研究表明，MnO₂作为典型的超级电容器赝电容电极材料具有成本低、比电容高等优点，但其导电性能差、工作过程中结构不稳定等缺点严重影响其电化学性能；NiO在0.5 V电压范围内具有约2573 F/g的高理论比电容、物化性质稳定、合成工艺简单、价格低廉等特点，是一种极具潜力的赝电容电极材料。NiO的电导率偏低，循环稳定性较差，限制了其应用。基于MnO₂、NiO等金属氧化物电极的超级电容器在水系电解质中性能配置较好，成本较低，因而MnO₂/NiO复合材料被广泛研究。

近年来，构建“核-壳”异质结构复合材料的研究逐渐开展，通过构建“核-壳”异质结构MnO₂/NiO复合材料，可以增大活性材料的比表面积及其与电解液的有效接触面积，提高材料的电化学活性，并增强材料稳定性，进而提高电极材料的循环寿命。截至目前，关于“核-壳”异质结构MnO₂/NiO复合材料多为直接沉积在泡沫镍上，如杨金林等人制备的MnO₂纳米介孔泡沫生长在 NiO 纳米片两侧，与 NiO 形成了壳核式的复合结构，MnO₂/NiO分级纳米片阵列复合材料虽然在性能上得到一些改善，但是这种方法一次仅能得到非常少量（仅2.50 mg左右）的MnO₂/NiO复合材料，且附着在泡沫镍上，不易分离。

本发明的构想是在大量合成绒球状NiO、片状NiO和颗粒状NiO，并对比三者的电化学性能的基础上提出的，经研究发现：绒球状NiO比片状和颗粒状NiO拥有更大的比表面积，进而拥有更大的比电容和更好的循环稳定性。因此，为提高MnO₂/NiO二元复合材料的电化学性能和产量，本发明提出构建新型“核-壳”异质结构，以绒球NiO为核，以MnO₂为壳，在无泡沫镍模板的前提下制备 “核-壳”结构MnO₂/NiO二元复合材料。

发明内容

本发明提供一种“核-壳”结构MnO₂/NiO二元复合材料制备方法，以解决现有技术存在的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案:

根据本发明的实施例，一种“核-壳”结构MnO₂/NiO二元复合材料制备方法，包括六水合硝酸镍（Ni(NO₃)₂·6H₂O）、尿素（CO(NH₂)₂）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和高锰酸钾(KMnO₄)，该制备方法包括以下步骤：