[发明专利]碳/氧化镍复合电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳/氧化镍复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将纳米纤维素悬浮液、壳聚糖溶液和金属镍盐充分搅拌溶解混合后，得到纳米纤维素/金属镍离子水凝胶；(2)将纳米纤维素/金属镍离子水凝胶进行冷冻、真空冷冻干燥处理，得到纳米纤维素/金属镍离子气凝胶；(3)将纳米纤维素/金属镍离子气凝胶在保护性气氛下高温热解处理，得到碳/金属镍；(4)将碳/金属镍进行电氧化活化处理，即得到碳/氧化镍复合电极材料。本发明利用竹/木基纳米纤维素作为碳源结构骨架，并引入壳聚糖，最终制备出电化学性能优良的纳米纤维素衍生碳嵌固氧化镍电极材料。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种电极材料的制备方法。

背景技术

当代社会的快速发展，促使人们对于储能装置与设备的需求日益增长。各种高效的储能系统，如锂离子电池、镍锌电池以及超级电容器，在便携式电子设备以及混合动力电动车中都得到了广泛地应用。而在这些储能系统中，电极材料担任了重要的角色，电极材料是发生能量存储与转化的主要部分，其性能的优劣直接影响整个储能装置的好坏。氧化镍在碱性条件下可以发生可逆的氧化还原反应，反应中存在电荷的转移和传输从而产生了电容，所以氧化镍是众多储能系统中常用的电极材料。但是氧化镍存在导电性差，易团聚，比表面积小，活性位点少等问题，这造成其具有较小的电容和较差的稳定性和倍率性能。为了提高氧化镍电极的电容量和稳定性，寻找一种绿色可持续并具有良好经济效益的基底材料来改善氧化镍电极是非常有意义的。

目前，现有的研究技术中多采用一些具有特殊结构的材料与氧化镍结合制备新型的电极材料，从而改善氧化镍本身存在的缺陷提升电极的电化学性能。但是这些电极材料的制备工艺复杂繁琐，工艺中涉及的中间体难以重复，所以电极的开发不具有通用性和可持续性且难以进一步扩展生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有三维网络多孔结构并表现出良好的电化学性能的碳/氧化镍复合电极材料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种碳/氧化镍复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将竹/木基纳米纤维素悬浮液、壳聚糖溶液和金属镍盐充分搅拌溶解混合后，得到纳米纤维素/金属镍离子水凝胶；

（2）将步骤（1）中得到的纳米纤维素/金属镍离子水凝胶进行冷冻、真空冷冻干燥处理，得到纳米纤维素/金属镍离子气凝胶；

（3）将步骤（2）中得到的纳米纤维素/金属镍离子气凝胶在保护性气氛下高温热解处理，得到碳/金属镍；

（4）将步骤（3）得到的碳/金属镍进行电氧化活化处理，即得到碳/氧化镍复合电极材料。

上述制备方法中，优选的，所述纳米纤维素悬浮液为竹/木基纳米纤维素悬浮液，所述竹/木基纳米纤维素悬浮液的质量浓度为0.2~1.0wt%；并控制竹/木基纳米纤维素悬浮液中的竹/木基纳米纤维素和金属镍离子的质量比为（0.5~4）：1。竹/木基纳米纤维素原料易得，来源广泛，且提取制备更加方便。竹/木基纳米纤维素的浓度是影响气凝胶结构的重要因素，通过控制纳米纤维素的用量来调控镍、氧化镍的纳米分散疏密，适宜的竹/木基纳米纤维素浓度利于构筑良好的电极结构。竹/木基纳米纤维素和金属镍盐的相对含量比对电极材料的性能有重要影响；如果竹/木基纳米纤维素含量较少，易团聚的金属氧化物成分就会相对较高，相对较多的金属氧化物不易被分散，那氧化镍的比表面积仍然较小不利于电化学的物质传输交换；而竹/木基纳米纤维素含量过多，金属氧化物虽然被均匀分散，但是由于其成分相对较少，因此在纳米纤维素衍生碳骨架上不能形成丰富的活性位点，则造成氧化镍活性位点的分布较少从而无法达到较高的电容量。