[发明专利]三维结构微米级钴酸镍团簇、其制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，涉及一种钴酸镍团簇、其制备方法及用途，尤其涉及一种三维结构微米级钴酸镍团簇、其水热共沉淀制备方法及在超级电容器的用途。

背景技术

随着世界能源危机的到来，探寻环境友好型的和可持续发展的储能设备和储能材料成为变得越来越重要。其中超级电容器通常具有优异的大功率充放电性能，功率密度高，无记忆效应，快速充放电，循环寿命长，另外超级电容器还具有无记忆效应等特点，一种介于常规电容器与化学电池之间的新型储能元件，兼具传统电容器高的比功率和化学电池高的比能量的特点，故而慢慢开始为人们广泛的研究，并且已经在电子通讯、交通运输、军事等领域得到广泛应用。

电极材料的优劣直接决定器件的电容性能，因此，活性电极材料的开发便成为超级电容器的研究和应用的重点。

金属氧化物氢氧化物主要通过发生氧化还原反应来进行能量储存，由于金属氧化物氢氧化物在反应中所产生的准电容要远远高于碳基材料所产生的双电层电容，其中贵金属氧化物(如RuO₂)具有非常优良的电化学电容性质，但昂贵的价格和剧毒性大大制约其作为电化学电容器电极材料的应用和商品化，研究者尝试通过不同方法制备氧化钴(Co₃O₄)、氧化镍(NiO)、氧化锡(SnO₂)和氧化锰(MnO_x)等贱金属氧化物，在最大化保持性能条件下，作为贵金属氧化物的替代品。特别是最新出现的镍钴氧的三元材料表现出良好的电化学性能。尤其是其中三元的钴、镍氧化物易于制备，形貌变化容易控制且表现出不同差异的电化学性能，研究表明目前所制备的钴、镍氧化物NiCo₂O₄在传统的制备过程中易发生团聚，使得制备的氧化物材料比表面积降低。另外NiCo₂O₄本身的导电率较低，使得大电流密度下比电容和比容量的衰减较快，倍率性能较差。改变其形貌是改善其在超级电容器应用中的一个研究方向，如CN 104701036 A报道了一种基于分级花状NiCo₂O₄的超级电容器用电极材料，所述的超级电容器电极材料是由水热法直接生长于导电基底镍网上的分级花状NiCo₂O₄，发明所提供的NiCo₂O₄的制备方法所得到的花状结构是由纳米片自组装而成。

目前已经报道的纳米线阵列、纳米片、海胆状等形貌中，三维花状的多孔材料少有报道，对于新形貌、新结构的制备及其调控仍是现有技术的难点，对新形貌材料的制备及应用的研究具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种三维结构微米级钴酸镍团簇、其制备方法及用途。本发明提供了一种新形貌的钴酸镍团簇，促进了钴酸镍在新形貌制备及应用的发展。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种三维结构微米级钴酸镍团簇，所述钴酸镍团簇为褶皱延展状且表面具有纳米针的团簇。

本发明的三维结构微米级钴酸镍团簇具有花状形貌。

本发明中，所述褶皱延展状且表面具有纳米针的团簇为一体式生长得到的团簇结构，而非组装得到的团簇结构。

本发明的钴酸镍团簇中，根据生长条件的不同，团簇中的纳米针的大小也不同(参见各实施例的SEM图)。

第二方面，本发明提供如第一方面所述的钴酸镍团簇的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将镍源、钴源和尿素按照1:2:(3-6)的摩尔比加水分散，得到混合溶液，然后于120℃水热反应0.5-1.5h，得到前驱体；

(2)将前驱体于300-400℃煅烧，得到三维结构微米级钴酸镍团簇。

本发明中，镍源、钴源和尿素的摩尔比为1:2:(3-6)，例如1:2:3、1:2:3.5、1:2:3.8、1:2:4、1:2:4.5或1:2:6等。例如镍源的物质的量在0.1-0.5mmol、钴源的物质的量在0.2-1mmol、尿素的物质的量在0.6-3mmol之间，且满足上述摩尔比关系。

本发明中，水热反应的时间为0.5-1.5h，例如0.5h、0.65h、0.7h、0.8h、1h、1.2h或1.5h等。

本发明中，煅烧的温度为300-400℃，例如300℃、320℃、335℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃或400℃等，优选300-350℃。