[发明专利]一种自立式纳米多孔镍/氧化镍复合电极片及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于超级电容器，尤其是赝电容的纳米多孔镍/氧化镍复合电极材料的制备方法，属于新材料技术以及新能源技术领域。

背景技术：

近年来，随着电动汽车以及各种电子设备的发展，电化学电容器逐渐成为研究热点.与传统电容器相比，电化学电容器能量密度更高、工作温度范围更宽.同时，它又具有传统化学电源无法比拟的高功率密度、长循环寿命及优越的脉冲充放电性能。

众所周知无定型水合氧化钌是高功率高能量密度超级电容器最有希望的电极材料，但价格昂贵资源匮乏，所用电解质污染环境，大大限制了它的商业开发。氧化镍等氧化物电极材料有着与水合氧化钌相似的功能，且价格便宜，很受研究人员的关注。尽管近年来已探索出多种合成纳米氧化镍的方法,但是依旧存在以下问题需要解决:(1)制备工艺复杂,流程长；(2)用溶胶-凝胶法获得的纳米NiO固体多采用大量有机溶剂，形成凝胶过程中溶剂挥发对人体有害，不环保。(3)模板法制备纳米NiO过程中，模板成本较高，不利于大规模生产。

此外，大量研究表明，NiO的电化学性能与形貌、比表面积、孔隙结构等因素密切相关。通常具有高比表面积和发达孔隙结构的NiO材料所表现出的电化学性能更加优异。

因此，如何使NiO制备过程工艺简单，流程缩短，采用的原材料对环境无害，成本低等显得至关重要。并且寻求一种新的制备方法，使制得的NiO材料具有高比表面积、高孔隙率、使用寿命长、循环稳定性好、比电容高、电化学性能优异是实现现代化生产的重要关键。

在先技术，公开号CN103762090A的“一种自集流超级电容器电极材料及其制备方法”，该专利中，制备自集流超级电容器电极材料的步骤包括：将清洁的泡沫镍浸于装有双氧水溶液的反应釜中；将反应釜密封后置于150-240℃的烘箱中保温10-30小时，然后冷却到室温、取出泡沫镍，将泡沫镍用纯水冲洗、然后置于60-80℃的真空干燥箱中烘干3-5小时，得到产品。制备过程费时，设备须密封、加热，对生产环境要求苛刻，设备成本较高。

在先技术，公开号CN103387268A的“一种用于超级电容器电极材料的纳米氧化镍的制备方法及其制备的纳米氧化镍”，该专利中，将NiCl₂·6H₂O与氯化胆碱基深共熔溶剂混合，加热至120～150℃，然后与去离子水反应0.5～2h，经离心分离得到沉淀物，再经洗涤、干燥、煅烧后，得到所述的纳米氧化镍。制备工艺繁琐，其制备的纳米氧化镍在应用于电容器时，需要添加导电剂、粘结剂等物质，这样会降低纳米氧化镍的电容特性。

发明内容：

本发明的目的是：提供一种工艺简单、成本低廉、性能良好的自立式纳米多孔镍/氧化镍复合电极材料的制备方法。既克服了当前自集流式电极材料制备工艺复杂、耗时长等缺点，又克服了当前氧化镍电极材料的制备方法存在的不足，如氧化镍分散性差、导电性差、使用时需另行制备电极片、制备工艺复杂、成本较高、不适合大批量生产等。相比目前的专利，我们不仅制备了活性物质，而且还多前进了一步，完成了电极的制备，然而整个过程却只需“脱合金-自然氧化”一步即可完成，这免去了传统电极的压制过程。传统电极添加导电剂、粘结剂等物质，降低活性物质有效比表面积及分散性，使用过程中电活性物质容易脱落。我们的活性物质是通过纳米多孔结构进行分散的，有效比表面积为纳米多孔镍的比表面积。

本发明的技术方案为：

一种自立式纳米多孔镍/氧化镍复合电极片，该电极片的组成包括集流体和活性物质，所述的集流体为镍基非晶合金基体与纳米多孔镍，活性物质为生长在纳米多孔镍表面的纳米氧化镍；其中，电极片横断面为3层，中间芯层为镍基非晶合金基体，中间芯层两侧表面覆盖着由纳米多孔镍与纳米氧化镍构成的复合电极材料层，电极片的厚度为厚度25～35μm，单侧纳米多孔镍/氧化镍复合电极材料层厚度为2.1～3.5μm；

所述的镍基非晶合金成分为：Ni_40+x(Ti_0.35Zr_0.45Al_0.20)_60-x(x＝0～5)；其中，合金中下标数字为各元素原子百分数。

所述的自立式纳米多孔镍/氧化镍复合电极片的制备方法，包括以下步骤：

第一步，制备Ni-Ti-Zr-Al先驱体非晶合金薄带