[发明专利]一种镍钴复合氧化物电极的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种镍钴复合氧化物电极，该复合氧化物电极包括集流体和附着于集流体上的羟基氧化钴和钴酸镍活性物质层；所述羟基氧化钴和钴酸镍形成三明治结构；所述电极中不含粘结剂。所述的镍钴复合氧化物电极的制备方法包括：在集流体上直接通过电化学沉积羟基氧化钴沉积层；将羟基氧化钴层在硫酸镍水溶液中进行水热处理，使集流体表面的羟基氧化钴沉积层的表面转化为钴酸镍，最后再在钴酸镍层表面电沉积羟基氧化钴得到本发明镍钴复合氧化物电极。本发明镍钴复合氧化物电极可用于制备电化学超级电容器，且具有整体能量密度大、环境影响小、工艺容易控制、节省能源等优点。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种镍钴复合氧化物电极及其制备方法和应用。

背景技术

电化学超级电容器(electrochemical supercapacitors，ES)，亦称为电化学电容器(electrochemical capacittors，EC)，或简称超级电容器(supercapacitorsor、ultracapacitors)，是近年来倍受关注的新型储能器件。因该类电容器主要靠电极和溶液界面上的电化学过程来进行储能，其容量为传统电容器的20～200倍，可达法拉级甚至千法拉级；其功率密度则比电池高数十倍，能够满足电动汽车启动加速等高功率输出的需要。电化学超级电容器兼有常规电容器功率密度大和充电电池能量密度高的优点，被认为是一种高效、实用的新型储能元件。

尽管超级电容器具有大功率输出性能好、循环寿命长的优点，但随着人们对超级电容器性能要求越来越高，现有超级电容器的能量密度还远远满足不了人们的需求。为了提高超级电容器的性能，即在提高比能量的同时保持其大比功率等优势，围绕具有双电层电容和法拉第赝电容行为的过渡金属氧化物电极已成为目前该领域的主要研究热点之一。在诸多材料中，虽然RuO₂质量比能量也比较高，但因受资源限制，其原材料成本高，因此很难获得商业推广。为了寻求廉价的超级电容器电极材料，围绕NiO、Co₃O₄、V₂O₅、MnO₂等过渡金属氧化物或复合氧化物材料的制备和电化学性能研究相继展开。

大部分对于镍或钴氧化物电极材料的研究都是首先制备NiO、Ni(OH)₂、Co₃O₄、NiCo₂O₄等粉体颗粒材料，再将这些粉体材料与粘结剂混合后涂附于集流体上制备电极，这就容易造成电极活性物质与集流体之间接触不良而影响电极的充放电性能。同时，由于制备电极时还需要加入大量非电活性物质作为粘结剂，进一步影响电极的比能量。

目前制备无粘结剂氧化镍、氧化钴或钴酸镍电极的方法则主要有两种方法：方法一是通过电化学处理硝酸钴或硝酸镍溶液，即通过阴极还原溶液中的硝酸根，使阴极附近溶液pH值升高后将溶液中的钴或镍离子转化氢氧化物沉淀于集流体上，从而制备无粘结剂的氢氧化镍或氢氧化钴电极；方法二是将硝酸镍与硝酸钴的混合溶液与集流体材料一道放入进行水热处理，在集流体表面生长钴酸镍。

显然，无论是电化学法或水热法制备该类电极材料都会释放出有毒的NO_x气体，为工业化应用带来困难。

此外，在采用水热法制备无粘结剂钴酸镍电极时，由于钴酸镍的生成反应不仅在集流体表面发生，也可在混合溶液中的任意位置发生，因此溶液中的镍和钴离子只有部分能够转化为钴酸镍沉积在集流体表面，部分则会在溶液内部形成沉淀而降低原材料的利用效率。采用这些方法也很难实现电极上活性物质成分和物相的控制，不利于对材料的电容性能进行优化。从文献查阅的情况看，目前尚无采用电化学与水热相结合制备无粘结剂镍钴复合氧化物或通过该方法对镍钴复合氧化物电极结构进行设计制备的报道。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明提供一种高比电容的镍钴复合氧化物电极及其制备方法和应用。