[发明专利]具有高倍率性能的碱式硝酸镍粉体及制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于材料领域与电化学领域中的碱式硝酸镍粉体，具体是一种具有高倍率性能的碱式硝酸镍粉体及制备方法与应用。

背景技术

超级电容器是一种新型储能器件，具有超高的功率密度及循环稳定性等特点，在电子产品，电动汽车等领域有广阔的应用前景。目前超级电容器材料主要有碳材料，过渡金属氧化物，导电聚合物等。碳材料比表面积大，循环稳定性高，导电性好，但因其储能机理是靠电极材料和电解质界面间发生电荷分离来储存电荷，因此容量较低，限制了其应用。导电聚合物的比电容相比过渡金属氧化物还不够高，且在循环过程中聚合物的共轭体系容易被破坏，循环稳定性不高。

过渡金属氧化物的储能机理是通过活性电极材料在电极与电解液界面发生可逆的法拉第反应来实现能量存储，其产生的赝电容远大于碳材料和导电聚合物的比容量。但是，大多数过渡金属氧化物导电性差，倍率性能低（大电流密度充放电下容量不高）。最近，文献DOI:10.1039/c0cc04906a中报道了利用水热法制备了一种碱式硝酸镍（Ni₃(NO₃)₂(OH)₄）电极材料，该材料具有优异的倍率性能（23.6 A·g^-1电流密度下容量为1100 F·g^-1）及较高的容量。但是该文献报道的制备工艺复杂（包括基底预处理，化学沉积两步），生产效率低（反应溶液浓度低，反应时间较长）。

因此，实现这种高倍率性能的碱式硝酸镍电极材料的高效制备成为材料与电化学领域的关键。

发明内容

针对目前碱式硝酸镍粉体制备方法的缺陷，本发明的目的是为了提供一种具有高倍率性能的碱式硝酸镍粉体的制备方法及其应用。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种具有高倍率性能的碱式硝酸镍粉体，碱式硝酸镍的化学式为Ni₃(NO₃)₂(OH)₄，为六方相晶体结构。

上述具有高倍率性能的碱式硝酸镍粉体的制备方法， 包括原料混合工艺、加热工艺、洗涤干燥工艺三部分。具体如下：

（1）、原料混合工艺：控制镍盐和碱性沉淀剂的摩尔比为0.5~10，将镍盐和碱性沉淀剂的混合物溶解于液体溶剂当中形成浓度为4%~85%的无效反应溶液。

或者，分别将镍盐与碱性沉淀剂各自溶于液体溶剂当中，然后将两种含有不同原料的溶液混合并磁力搅拌5~20min使之充分混合。

其中，当镍盐和碱性沉淀剂的摩尔比小于0.5或大于10时只能生成少量的非晶碱式硝酸镍，摩尔比在0.5~10之间时产物为六方相碱式硝酸镍，图1为不同摩尔比对应产物的X射线衍射图。

优选地，镍盐以硝酸镍（Ni(NO₃)₂·6H₂O）为主，当采用硫酸镍（NiSO₄·6H₂O），氯化镍（NiCl₂·6H₂O），醋酸镍（(CH₃COO)₂Ni），碳酸镍（NiCO₃），氨基磺酸镍（Ni(NH₂SO₃)₂·4H₂O）等镍盐时，需加入硝酸锂（LiNO₃），硝酸钠（NaNO₃），硝酸钾（KNO₃），硝酸钙（Ca(NO₃)₂）等添加剂，添加剂的量为镍盐摩尔数的0.5~4倍。

优选地，碱性沉淀剂以尿素（CO(NH₂)₂）为主，也可以采用硫脲（CH₄N₂S），氨水（NH₃·H₂O），六亚甲基四胺（C₆H₁₂N₄）或其混合物。

优选地，所用液体溶剂为水、乙醇或其混合物。