[发明专利]多级结构的球形钴酸镍-二氧化铈复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多级结构的球形钴酸镍‑二氧化铈复合电极材料及其制备方法，属于功能材料制备技术领域。该方法以醋酸镍和醋酸钴为原料，异丙醇和1,3‑丙二醇为溶剂，通过溶剂热法制备出多级结构的球形镍‑钴氢氧化物；然后以硝酸铈和镍‑钴氢氧化物为原料，乙醇为溶剂，运用溶剂热法，通过离子交换制备出镍‑钴‑铈氢氧化物；在空气氛围下，经过高温煅烧后，即可制备出多级结构的球形钴酸镍‑二氧化铈复合电极材料。制备的钴酸镍‑二氧化铈复合电极材料是纳米片组装而成的具有多级结构的球形，该球形结构的直径大小约为1.0μm，比表面积高达113.02 m² g^‑1。将其作为电极材料应用在超级电容器中时，具有较好的电化学能量存储性能。

技术领域

本发明涉及一种多级结构的球形钴酸镍-二氧化铈复合电极材料及其制备方法，属于功能材料制备技术领域。

背景技术

超级电容器作为一种电化学能量存储器件，凭借其快速的充放电能力、超长周期寿命、低制造成本等特点，倍受科研工作者的青睐。电极材料作为超级电容器储能器件中的关键组成部分，被认为是影响超级电容器性能的主要瓶颈之一，因此，设计并制备出具有优异性能的电极材料成为突破这一瓶颈的关键。近年来，二氧化铈作为一类电极材料，以其组装的赝电容超级电容器通过利用电极表面发生的可逆法拉第反应，可实现电能的存储与释放。然而，二氧化铈电极材料存在材料表面电化学活性低、电子传导性能差、电极材料的利用率低等问题，因而，二氧化铈电极材料的综合性能难以满足超级电容器储能器件的需求。针对二氧化铈存在的问题，目前研究者多是通过材料纳米化、特殊形貌构筑、复合化等方法来改善器件的性能，其中电极材料复合化是提升超级电容器储能器件性能的一种行之有效的策略与途径。钴酸镍具有丰富的多金属电化学活性位点和高电导率，因其优越的电化学能量存储性能，被越来越多地应用在超级电容器储能器件中。鉴于钴酸镍电极材料良好的电化学特性，研发一种工艺操作简单、产率高、重现行好的钴酸镍-二氧化铈复合电极材料具有非常重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种工艺操作简单、生产成本低的多级结构的球形钴酸镍-二氧化铈复合电极材料的制备方法；另一目的在于提供电化学能量存储性能好的钴酸镍-二氧化铈复合电极材料。

为实现本发明目的，在本发明技术方案中，首先，将镍盐和钴盐加入到1,3-丙二醇和异丙醇的混合溶剂中，搅拌溶解混匀后，得到反应溶液，将溶液转移至反应釜中，经过溶剂热反应后，可得到多级结构的球形镍-钴氢氧化物；然后，以铈盐和多级结构的球形镍-钴氢氧化物为原料，乙醇为溶剂，利用溶剂热法，经过离子交换，制备出镍-钴-铈氢氧化物；最后，镍-钴-铈氢氧化物在空气下经过高温煅烧，即可制备出多级结构的球形钴酸镍-二氧化铈复合电极材料。

具体步骤如下：

1)多级结构的球形镍-钴氢氧化物的制备：将镍盐和钴盐加入到1,3-丙二醇和异丙醇的混合溶剂中，搅拌溶解混匀后，配制成反应溶液；将反应溶液转移至反应釜中，在160～200℃条件下溶剂热反应，反应完毕后，自然冷却至室温；产物离心分离，洗涤，干燥后，得到多级结构的球形镍-钴氢氧化物。反应溶液中镍盐的浓度为0.005～0.02mol·L^-1，钴盐的浓度为0.01～0.04mol·L^-1，镍盐与钴盐的摩尔比为1：2，1,3-丙二醇和异丙醇的体积比为0.25～1：1。

2)多级结构的球形钴酸镍-二氧化铈复合电极材料的制备：以铈盐和多级结构的球形镍-钴氢氧化物为原料，乙醇为溶剂，采用溶剂热法，通过离子交换，制备出镍-钴-铈氢氧化物。上述制备好镍-钴-铈氢氧化物，在空气氛围下经过300～450℃高温煅烧，即可获得多级结构的球形钴酸镍-二氧化铈复合电极材料。铈盐和多级结构的球形镍-钴氢氧化物的质量比为1：2。

本发明方法中，所述的镍盐优选四水醋酸镍，所述的钴盐优选四水醋酸钴，所述的铈盐优选六水硝酸铈。

本发明优点和创新点如下：