一种镍钴-硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种镍钴

【技术实现步骤摘要】
一种镍钴
‑
硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种电极材料的制备方法及应用，尤其涉及一种镍钴
‑
硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来，能源短缺和环境污染问题日益严重。为了缓解能源危机，人们开发了太阳能、风能和其他形式的可再生能源来补充能源需求。同时，怎样开发出与高效的能源存储和转换相关的新技术也迫在眉睫。
[0003]目前，已经有很多具有前景的电化学装储能装置得到广泛研究，例如超级电容器(SCs)、锂/钠/铝/钾/锌(Li/Na/Al/K/Zn)离子电池(LIBs/SIBs/AIBs/PIBs/ZIBs)、锌空气电池(ZABs)、Li
‑
O2电池(LOBs)、Li/Al
‑
S电池(LSBs/ASBs)等。超级电容器因具有优异的循环能力、高功率密度和快速充放电等优点在过去几十年的研究中备受关注，被认为是非常具有前景的电化学储能装置。
[0004]近期的研究集中在寻找具有优异电化学性能且廉价的电极材料。过渡金属硫化物，具有多种价态和不同的纳米结构加上其出色的电容性能和价格低廉的优点，被广泛用作各类储能装置的电极材料。其中钴、镍硫化物较其氧化物具有更好的延展性和更为复杂的晶体结构，这些特点使得它们在工作时可以有效缓解电极材料的体积效应并提供更多反应位点，有效地提高材料的电化学性能同时，具有多种价态也保证其在各种电解质中能够充分发生氧化还原反应，再加上带隙可调、环境友好的优点，钴、镍硫化物电极材料也是近几年研究的热门材料。
[0005]现有技术中，应用到超级电容器中的镍钴硫化物主要通过水热法制备，制备过程能耗高、制备周期长且可控性差。因此，很有必要专利技术一种制备周期长、可控性高且能充分发挥过渡金属硫化物电化学性能的电极材料。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种高效制备高性能镍钴
‑
硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的方法，可以大幅度提升超级电容器电极材料的比电容和倍率性能；本专利技术的另一目的在于提供一种镍钴
‑
硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料在超级电容器中的应用。
[0007]技术方案：为实现上述目的，本专利技术所述镍钴
‑
硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将硫脲溶解于溶剂中得到均匀的硫脲溶液，加入六水合氯化镍和六水合氯化钴，搅拌使其充分反应，得到电化学沉积前驱体溶液；
[0009](2)利用电化学共沉积法在洗净的泡沫镍表面生长镍钴
‑
硫化物，沉积结束后将其洗涤，烘干，即可得到镍钴
‑
硫化物/泡沫镍复合电极材料Ni
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Co
‑
S。
[0010]进一步地，所述泡沫镍表面生长的镍钴
‑
硫化物形貌为空心纳米花状球。
[0011]进一步地，所述泡沫镍(NF)预先用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗得到洁净的泡沫镍基底，干燥后备用。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中，所述硫脲溶液的浓度为0.75
‑
0.85mM；所述电化学沉积前驱体溶液中六水合氯化钴和六水合氯化镍的浓度分别为5
‑
6mM、7.5
‑
8.5mM。
[0013]进一步地，所述步骤(1)中，搅拌的时间为1
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2h，速率为500
‑
1000rpm。
[0014]进一步地，所述步骤(2)中，所述的电化学沉积参数包括：电压窗口为1.2～0.2V；沉积速率为0.005V/s；沉积时间1
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3h(对应沉积圈数为15～45圈)。
[0015]进一步地，所述步骤(2)中，所述的电化学沉积法采用三电极体系循环伏安法，使用的参比电极为Ag/Cl，对电极为Pt片，工作电极为NF，电解质为电化学沉积前驱体溶液。
[0016]进一步地，所述步骤(2)中，所述烘干过程在真空环境下进行，烘干温度为60
‑
80℃，烘干时间为12
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24h。
[0017]本专利技术方法得到镍钴
‑
硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料应用于超级电容器。
[0018]专利技术原理：通过掺杂Ni元素，利用不同金属离子间的协同作用提高材料的电化学性能，并通过改变沉积时间达到对形貌的调控，得到的空心纳米球状结构极大的提升了电极材料的比表面积，进而提供大量活性位点。
[0019]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的具有如下显著优点：(1)制备出硫化镍钴电极材料免除电极粘结剂的使用，进一步提高电极导电性，进而得到阻抗小，比电容高的电极材料；(2)制备出的硫化镍钴电极材料具有二维结构，形成了纳米空心球状结构；(3)低能耗且制备周期相对较短；(4)此工艺易于通过调控沉积参数控制电极质量，低碳环保，可以实现工业化大规模生产。
附图说明
[0020]图1为未进行电化学沉积的洁净的NF基底的SEM图像；
[0021]图2为经过不同电化学沉积时间得到的Ni
‑
Co
‑
S电极材料的SEM图像，(a,b)Ni
‑
Co
‑
S
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1，(c,d)Ni
‑
Co
‑
S
‑
2，(e,f)Ni
‑
Co
‑
S
‑
3，(g,h)Ni
‑
Co
‑
S
‑
4；
[0022]图3为电化学沉积圈数为35圈得到的Ni
‑
Co
‑
S
‑
3电极材料的不同放大倍率下的SEM图像；
[0023]图4为电化学沉积圈数为35圈的Ni
‑
Co
‑
S
‑
3电极材料的TEM图像(a)，(b)和STEM图像(c)
‑
(f)；
[0024]图5为经过不同电化学沉积时间得到的Ni
‑
Co
‑
S样品的循环伏安曲线(a)，1A g
‑1电流密度下的恒流充放电曲线(b)，电化学阻抗对比图(c)；
[0025]图6为电化学沉积圈数为35圈得到的Ni
‑
Co
‑
S
‑
3在不同电流密度下的恒流充放电曲线；
[0026]图7为经过不同电化学沉积时间得到的Ni
‑
Co
‑
S
‑
3样品比容量变化曲线；
[0027]图8为Ni
‑
Co
‑
S电极材料制备流程示意图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍钴
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硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将硫脲溶解于溶剂中得到均匀的硫脲溶液，加入六水合氯化镍和六水合氯化钴，搅拌使其充分反应，得到电化学沉积前驱体溶液；(2)利用电化学共沉积法在洗净的泡沫镍表面生长镍钴
‑
硫化物，沉积结束后将其洗涤，烘干，即可得到镍钴
‑
硫化物/泡沫镍复合电极材料Ni
‑
Co
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S。2.根据权利要求1所述镍钴
‑
硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法，其特征在于：所述泡沫镍表面生长的镍钴
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硫化物形貌为空心纳米花状球。3.根据权利要求1所述镍钴
‑
硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述硫脲溶液的浓度为0.75
‑
0.85mM。4.根据权利要求1所述的镍钴
‑
硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法，其特征在于：所述电化学沉积前驱体溶液中六水合氯化镍和六水合氯化钴的浓度分别为7.5
‑
8.5mM、5
‑
6mM。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭新立，付秋萍，李钰莹，郑艳梅，曲俊男，王少华，许强，李瑞婷，任婧萱，曹震，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：