[发明专利]溶剂热法制备钴酸铜复合电极材料的方法及其应用

说明书

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种溶剂热法制备钴酸铜复合电极材料的方法及其应用。包括：以尿素作为沉淀剂，铜盐、钴盐、木质素磺酸钠为原料，所述铜盐、钴盐、尿素、木质素磺酸钠和去离子水或无水乙醇的摩尔、体积比为1～4 mmol：2～9 mmol：2～12 mmol：0～0.4 g：50～85 mL，经溶剂热沉淀，调节沉淀剂及铜盐、钴盐、木质素磺酸钠的含量以及其他变量，经煅烧、烘干再煅烧后制得钴酸铜复合电极材料。本发明所述方法成本低，操作简单，所制产物颗粒分布均匀，颗粒性能高，保持分散体系相对稳定，粒径分散性良好，形貌较好。所制得的钴酸铜纳米复合电极材料通过粘结剂固定在泡沫镍基底上应用于超级电容器，电化学性能优异，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及复合电极材料的合成，尤其涉及一种溶剂热法制备钴酸铜复合电极材料的方法及其应用。

背景技术

能源是人类不可缺少的，是人类一切活动的基础，没有了能源，地球上的一切活动都将停滞不前。换句话说，新型能源和能源技术的发展是推动人类社会进步的原动力之一。然而，随着人类社会进入工业时代，经济腾飞的同时带来了一系列问题，比如能源匮乏、环境污染、生态恶化等，其中最为核心的还属能源问题。根据专家预测，按照目前的消耗情况，化石能源最多只能供人类使用100年左右。因此，能源危机越来越逼近，必须在能源枯竭前找到合适的替代品。

当前各国科学家都在努力研究，发展了许多多元化的能源形式，例如：电能、风能、太阳能、潮汐能、地热能、生物质能、可燃冰、核能等。其中电能作为最直接的使用形式，其生产、运输、存储、使用的过程中还有很大的改进空间。因此，绿色环保的超级电容器应运而生。作为一种新型的储能元件，性能十分优异，具有比静电电容器高出100倍以上的法拉级电容值，很好地弥补了传统电容器储能小的缺陷；同时它的放电功率与传统电池相当，很好地弥补了传统电池的不足，是一种介于静电电容器和传统电池二者之间的新型储能元件。超级电容器由集流体、电极材料、电解质和隔膜组成，其中电极材料是影响性能的主要因素，因此人们对它进行了重点研究。

钴酸铜（CuCo₂O₄）为氧化铜合三氧化二钴的产物，常温下为黑色粉末。钴酸铜属于等轴晶系，空间群Fd3m，晶体场稳定性能比较好。由于具有较大的理论容量、高的能量密度、良好的结构形态，同时拥有合适的孔尺寸和大的比表面积且成本低，被认为用于超级电容器的电极材料具有很大的应用前景。而且，由于水热合成的非均相成核和均相成核机理与固相反应的扩散机理不同，可以制备出其他方法无法合成的新材料、新化合物，其特点是产物分散性好、纯度高、颗粒较易控制。通过水热合成法己经能够制备出不同纳米结构的钴酸铜，如纳米片状、纳米棒状、纳米线状等。

木质素磺酸钠（Sodium Ligninsulfonate，SL）主要来源自造纸工业中的制浆废液，是一种分散能力很强的高聚物阴离子型表面活性剂，可以将固体或不溶于水的液体分散在水中，具有价格便宜、产量多、适应性好等优点。分子量和官能团是影响其分散性的重要因素，由于它是从天然物中提取的且提取工艺不同，很难得到完全平均的木质素磺酸钠。不过它可以吸附在绝大部分固体表面上，因其结构表面上有各种高活性基团，所以能与其他很多物质缩合或者形成氢键。在工业生产中，木质素磺酸钠被应用在分散剂和润湿剂上。

用木质素磺酸钠修饰能优化钴酸铜单一材料的电化学性能，在很大程度上可以改善充放电性能、电容容量和循环稳定性等。因此，本发明通过溶剂热法制备出钴酸铜复合电极材料，并对形貌进行可控调节。

发明内容

本发明的目的是先以尿素作为沉淀剂通过溶剂热法制备出前驱体纳米钴酸铜电极材料，再以木质素磺酸钠掺杂修饰钴酸铜得到钴酸铜复合电极材料。

技术方案：

一种溶剂热法制备钴酸铜复合电极材料的方法，包括如下步骤：