[发明专利]一种改性钒酸钴材料的制备方法、以及超级电容器

说明书

本发明公开一种改性钒酸钴材料的制备方法、以及超级电容器。该制备方法包括以下步骤：S10、将六水合硝酸钴和六水合硝酸镍溶于水中，得到混合液，将络合剂、表面活性剂和偏钒酸铵溶液加入混合液中，得到反应液，将反应液移入水热反应釜中，于1101100℃条件下反应11110h，得到固液混合物；S10、将固液混合物固液分离，将得到的固体物在5001500℃煅烧，得到掺杂镍的钒酸钴；S30、将掺杂镍的钒酸钴粉碎，加入混合溶剂中，得到溶液A，向溶液A中加入正硅酸乙酯和硝酸溶液，反应后得到溶液B；S40、分离出溶液B中的沉淀物，在4501550℃下煅烧，得到改性钒酸钴材料。本发明通过包覆改性与掺杂改性，两者共同作用，使制得的改性钒酸钴材料的循环性能好，且比电容高。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，特别涉及一种改性钒酸钴材料的制备方法、以及超级电容器。

背景技术

超级电容器又叫做电化学电容器，是一种介于传统电容器和传统蓄电池之间的一种储能器件，具有寿命长、可逆性好、充放电速度快及输出功率高等特点。它是一种很好的补充电源，可以在很多动力装置上得到很好的应用。

超级电容器主要由集流体、电极、电解质和隔膜四部分组成，其中电极材料是决定超级电容器性能优劣的关键因素。目前，超级电容器电极材料主要包括碳材料、导电聚合物及过渡金属氧化物等，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能。过渡金属氧化物属于一类重要的赝电容超级电容器材料，在众多的过渡金属氧化物中，钒基化合物电极材料因其独特的层状结构以及多价态钒成为超级电容器的优选。在钒基化合物中，钒酸钴是一类化学性能稳定优良、耐热性及结晶性能良好的无机化合物，具有良好的光学、电化学及催化特性的新型二元钒基化合物。相较于一元钒基化合物，其基于钒和钴双金属的界面效应和协同作用，能够提高电子、离子导电性及赝电容反应，因此在超级电容器具有良好的应用前景。

然而，钒酸钴材料虽然具有突出的理论容量优势，但其作为电极材料时，在充放电过程中，电解质溶液的H₃O⁺、OH^-等离子在钒酸钴晶体颗粒中进行“嵌入”和“脱嵌”，会导致晶体结构膨胀/收缩，经多次循环后，会破坏钒酸钴电极的微观结构，使其循环性能差；同时，电极材料与电解液的长期接触会导致电极材料中的部分金属离子溶解到电解液中，造成电极活性材料的损失，进一步使循环稳定性变差。因此，钒酸钴材料作为超级电容器的电极材料时，循环稳定性差、使用寿命短，从而限制了其应用。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种改性钒酸钴材料的制备方法、以及超级电容器，旨在解决现有钒酸钴材料作为超级电容器的电极材料时，循环性能差的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种改性钒酸钴材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S10、将六水合硝酸钴和六水合硝酸镍溶于去离子水中，得到混合液，在搅拌条件下，将络合剂、表面活性剂和偏钒酸铵溶液加入所述混合液中，得到反应液，将所述反应液移入水热反应釜中，于1101100℃条件下反应11110 h，得到固液混合物；

S10、将所述固液混合物固液分离，并将得到的固体物洗涤、真空干燥，然后在5001500℃下煅烧，得到掺杂镍的钒酸钴材料；

S30、将所述掺杂镍的钒酸钴材料粉碎，然后加入混合溶剂中，得到溶液 A，向所述溶液A中加入正硅酸乙酯和硝酸溶液，在50℃水浴下搅拌反应后得到溶液B；

S40、分离出所述溶液B中的沉淀物，并洗涤、干燥，然后在4501550℃下煅烧，得到改性钒酸钴材料。

可选地，步骤S10中：

所述络合剂包括一水合柠檬酸；和/或，

所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠。

可选地，所述反应液中，偏钒酸铵的浓度为0.0710.13mol/L。