[发明专利]四氧化三钴/NiCoAl双层氢氧化物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料的技术领域，具体涉及一种四氧化三钴/NiCoAl双层氢氧化物复合材料及其制备方法，该复合材料具有核壳结构。

背景技术

超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。从储能机理上面分的话，超级电容器分为双层电容器和赝电容器。双电层电容器电容的产生是基于电极/电解液界面上的电荷分离所产生的双电层电容，电极材料一般为各种碳质材料，常用的碳材料有活性炭粉末、炭气凝胶、碳化物骨架炭、碳纳米管、活性炭纤维、玻璃炭、碳微球、中孔炭以及某些有机物的炭化产物等。而法拉第赝电容器电容的产生是基于活性物质表面快速的氧化还原反应，电极材料主要是金属氧化物、导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩及其衍生物)，金属氧化物与氢氧化物和双层氢氧化物。

在众多的赝电容材料中，由于双层氢氧化物原料成本低、易于合成、环境稳定性好、具有可逆的电化学性能等特点，最有希望获得实际应用，引起了研究者的广泛关注。邵明非等人合成了具有较大比表面积的NiAl双层氢氧化物空心纳米球，在2A/g的电流密度下，电容值可以达到735F/g。王军等人在泡沫镍基底上合成了NiAl双层氢氧化物纳米片，发现在10mA/cm2的电流密度下其电容值达到701F/g。与双组分的双层氢氧化物相比，由于引入了另一个金属阳离子，增加了活性位点，三组分的NiCoAl双层氢氧化物电化学性能更好。王旭等人制备的三组分NiCoAl双层氢氧化物在1A/g的电流密度下其电容值达到1187F/g。但由于双层氢氧化物样品的导电性不高，在大电流密度下，其倍率性能较差。为了解决其倍率性能较差的现象，制备了双层氢氧化物和碳材料的复合物，可以利用碳材料做骨架提高复合物的导电性，改善倍率性能。但由于电极制备过程中，高分子粘结剂和导电添加物的引入降低了活性物质和电解液的接触面积，造成了电化学性能的损失。于是，急需设计一种既可以提高导电性又可以不引入外来物质的三维结构来增强双层氢氧化物的电化学性能。

发明内容

针对现有技术的存在结构不稳定、倍率性能差等问题，本发明的目的在于提供一种四氧化三钴/NiCoAl双层氢氧化物复合材料的制备方法。该方法制备的复合材料尺寸可控，形貌规整、电化学性能好。

本发明的另一目的在于提供一种上述方法制备的四氧化三钴/NiCoAl双层氢氧化物复合材料。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种四氧化三钴/NiCoAl双层氢氧化物复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，按照六水合硝酸钴、氟化铵、尿素和去离子水的摩尔比为1:3～4.5:10～13:1400～1680，将六水合硝酸钴、氟化铵和尿素加入至去离子水中，经充分混合得到第一混合体系；

步骤二，将泡沫镍基底加至所述第一混合体系中，然后放入反应釜中，在100～180度下反应4～12小时，得到第一反应产物；

步骤三，依次用无水乙醇和蒸馏水对所述第一反应产物进行洗涤，干燥后得到作为核的四氧化三钴纳米线阵列；

步骤四，按照六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、九水合硝酸铝、尿素和去离子水的摩尔比为1:1:0.2～3:8～35:3000～15500，将六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、九水合硝酸铝和尿素加入至去离子水中，经充分混合得到第二混合体系；

步骤五，将步骤三得到的所述四氧化三钴纳米线阵列加至所述第二混合体系中，然后放入反应釜中，在80～140度下反应3～24h，即得第二反应产物；

步骤六，依次用无水乙醇和蒸馏水对所述第二反应产物进行洗涤，干燥后得到具有核壳结构的四氧化三钴/NiCoAl双层氢氧化物复合物。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤一和所述步骤四中，所述混合均是在室温下进行，所述充分混合均是在搅拌条件下完成的；优选地，所述搅拌的时间为0.5～24h。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤一中，所述六水合硝酸钴、氟化铵、尿素和去离子水的摩尔比优选为1:3～4:10.5～12.5:1405～1665。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤二中，所述泡沫镍基底的用量为10-200g。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤四中，所述六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、九水合硝酸铝、尿素和去离子水的摩尔比优选为1:1:0.28～2.2:10～12:3000～5000。