[发明专利]一种镍合金空球负载核壳结构颗粒电极材料的制备方法

摘要

本发明提供一种镍合金空球负载核壳结构颗粒电极材料的制备方法，包括以下制备过程大孔镍壳型微米粉体的制备；纳米WO3核@镍与SiO2壳型粉体材料的制备；镍基体金属铜与微米SiO2核@大孔镍壳型粉体复合共沉积；铜元素扩散处理及微米SiO2核的去除；镍和纳米WO3核@介孔镍与SiO2壳型粉体复合共沉积；纳米WO3核表面壳的SiO2局域去除。按本发明描述方法所制备的新型超级电容电极材料具有高放电比容量、快速充放电过程、循环寿命长的优良性能。

主权项

一种镍合金空球负载核壳结构颗粒电极材料的制备方法，其特征在于，包含如下制备步骤：步骤[1]制备大孔镍壳型微米粉体；步骤[2]制备纳米WO3核@镍与SiO2壳型粉体材料；步骤[3]镍基体金属铜与微米SiO2核@大孔镍壳型粉体复合共沉积；步骤[4]铜元素扩散处理及微米SiO2核的去除；步骤[5]镍和纳米WO3核@介孔镍与SiO2壳型粉体复合共沉积；步骤[6]纳米WO3核表面壳的SiO2局域去除；所述步骤[1]具体操作为：a1.微米SiO2核@大孔SiO2壳模型颗粒的制备：将SiO2微米颗粒加入无水乙醇中，在室温下以超声波分散5‑20分钟，以使SiO2微米颗粒充分分散，形成微米SiO2重量百分比为40％‑80％的乙醇分散系；取该分散系300mL加入到1000mL去离子水中充分混合，加入硅酸四甲酯使其浓度达到320mL/L‑580mL/L，加入尿素使其浓度达到110g/L‑170g/L，加入聚乙烯吡咯烷酮使其浓度达到5g/L‑25g/L，加入溴棕三甲基铵(CTAB)使其浓度达到1.5g/L‑4g/L，使该混合体系保持2‑4.5小时；过滤后获得该体系微米颗粒，在温度为70‑110℃下保温1‑3小时制得微米SiO2核@大孔SiO2壳模型微米颗粒；a2.微米SiO2核@镍与SiO2壳型粉体的制备：将SiO2核@大孔SiO2壳模型微米颗粒加入四氢化萘中，并加入乙酰丙酮镍，形成微米SiO2核@大孔SiO2壳模型微米颗粒重量百分比为40％‑50％、乙酰丙酮镍浓度为410g/L‑670g/L的四氢化萘分散系，取该分散系500mL加入到100mL的丙酮中并充分混合，在室温下以10‑40kHz，60‑110W/cm2的条件下超声0.5‑1.5小时制得微米SiO2核@镍与SiO2壳型粉体；a3.大孔镍壳型微米粉体的制备：以去离子水配制浓度为6‑16mL/L的氢氟酸，取制备的12‑35g微米SiO2核@镍与SiO2壳型粉体加入500mL配制的氢氟酸溶液中，浸蚀20‑60分钟以去除微米SiO2核表面的SiO2壳，从而得到大孔镍壳型微米粉体，即微米SiO2核@大孔镍壳型粉体；所述步骤[2]具体操作为：b1.纳米WO3核@介孔SiO2壳模型颗粒的制备：将WO3纳米颗粒加入无水乙醇中，在室温下以超声波分散30‑60分钟，以使WO3纳米颗粒充分分散，形成纳米WO3重量百分比为20％‑60％的乙醇分散系；取该分散系400mL加入到1000mL去离子水中充分混合，加入硅酸四甲酯和正硅酸丙酯分别使其浓度达到110‑230mL/L和160‑270mL/L，加入尿素使其浓度达到80‑210g/L，加入聚乙烯吡咯烷酮使其浓度达到2‑12g/L，加入溴棕三甲基铵(CTAB)使其浓度达到0.5‑2g/L，使该混合体系保持1‑3小时；过滤后获得该体系纳米颗粒，在温度为90‑130℃保温0.5‑1.5小时后制得纳米WO3核@介孔SiO2壳型粉体模型纳米颗粒；b2.纳米WO3核@镍与SiO2壳型粉体材料的制备：将WO3核@介孔SiO2壳模型纳米颗粒加入十氢化萘中，并加入乙酰丙酮镍，形成纳米WO3核@介孔SiO2壳型纳米颗粒重量百分比为25％‑60％、乙酰丙酮镍浓度为220g/L‑360g/L的十氢化萘分散系，取该分散系400mL加入到150mL的丙酮中充分混合，在室温下以20‑50kHz，80‑120W/cm2的条件超声1‑2.5小时制得纳米WO3核@镍与SiO2壳型粉体材料；所述步骤[3]具体操作为：将浓度为分析纯的硫酸铜、二甲基甲酰胺基磺酸钠、微米SiO2核@大孔镍壳型粉体、磷酸氢二钾、60％的磷酸和乙撑硫脲加入去离子水中，形成电沉积液A，将金属镍板作为阴极，金属铜板为阳极；以电流密度范围为50mA/cm2‑180mA/cm2进行电沉积，并以超声波搅拌，在室温下电沉积0.5‑1.2小时，制备得镍板表面金属铜/微米SiO2核@大孔镍壳型粉复合层；所述步骤[4]具体操作为：c1.铜元素扩散处理：将经镍基体表面铜与微米SiO2核@大孔镍壳型粉体复合共沉积的试样装入马弗炉加温至700‑850℃，保温2‑7小时实现镍板表面金属铜/微米SiO2核@大孔镍壳型粉复合层的铜元素向镍板及大孔镍壳的扩散，从而使得镍铜合金表面负载微米SiO2核@大孔镍合金壳颗粒；c2.微米SiO2核的去除：以去离子水配制浓度为10‑22mL/L的氢氟酸，将经铜元素扩散处理后得到的试样浸入氢氟酸溶液中，浸蚀40‑60分钟以去除微米SiO2核，从而在镍铜合金表面获得大孔镍合金微米球壳；所述步骤[5]具体操作为：将浓度为分析纯的氟硼酸镍、纳米WO3核@介孔镍与SiO2壳型粉体、磷酸氢二钠、丁炔二醇和60％磷酸依次加入去离子水中，形成电沉积液B；以表面获得大孔镍合金微米球壳的镍铜合金为阴极，不锈钢为阳极；以电流密度范围为80‑120mA/cm2进行电沉积，并以超声波搅拌，在室温下电沉积20‑50分钟，从而使得镍铜合金表面的大孔镍合金微米球壳负载WO3核@介孔镍与SiO2壳型纳米颗粒；所述步骤[6]具体操作为：以去离子水配制浓度为14‑35mL/L的氢氟酸，将负载了WO3核@介孔镍与SiO2壳型纳米颗粒的镍铜合金浸入上述配制的氢氟酸溶液中，浸蚀0.5‑1.5小时以去除纳米WO3核表面壳的SiO2，从而使得镍铜合金表面的镍合金空球负载纳米WO3核/介孔镍壳颗粒。