[发明专利]一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法，包括如下步骤：1)铜片表面预处理；2)在铜片表面化学镀NiB薄膜；3)采用原位电化学阳极氧化的方法处理镀膜后的铜片，得到B掺杂的NiO/Ni(OH)₂(B)电极材料。本发明针对现有的NiO/Ni(OH)₂电极材料的制备路线的缺点，提出了在0.1mm铜片柔性材料表面先化学镀NiB再电化学阳极氧化制备工艺路线，得到了一种简单易行、B掺杂量大、可控性良好的NiO/Ni(OH)₂(B)电极材料的制备工艺，提高了制备出的NiO/Ni(OH)₂电极材料电容性能和电化学稳定性，且该工艺方法有利于NiO/Ni(OH)₂电极材料的商业应用和工业化生产。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，涉及一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法。

背景技术

化石燃料引发的温室效应和环境污染日趋严重，迫使清洁能源成为全世界开发和利用的研究热点，其中具有代表性的有风能、潮汐能、太阳能、地热能等可再生能源。然而这些可再生能源发电系统由于运行的间歇性和往往地处偏远地区，使得其并入输电供电电网技术上非常困难和遇到成本难以解决的问题，因此洁净、安全、高效方便的储能技术成为这些清洁能源利用的关键。超级电容器作为介于物理电容器和化学电源之间的一种储能装置，其兼具电池和电容器二者部分特性的新型储能器件。相对于传统电容器和化学电池来说，超级电容器温度适用范围广且具备环保廉价的优势，同时其功率密度和能量密度都比较高，循环寿命也更长，基于上述特性，超级电容器在清洁能源发电储电领域、智能电网和新能源汽车等方面均有重要应用价值。

超级电容器作为储能装置，它的组成部件都会对超级电容器的电化学性能产生影响，研究表明电极材料的性能对超级电容器的电化学性能起着决定性的作用，目前常用的电极材料主要有碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物、以及复合材料电极，其中过渡金属氧化物电极材料具有廉价、比电容高、电化学充放电性能优异的特点近年来受到广泛的研究。在金属氧化物电极材料中，具有代表性的是MnO₂和RuO₂电极材料，前者比电容较低(通常低于600F/g)，后者理论比电容高达2000F/g，但是价格昂贵和有毒性，限制了它们的商用化发展，而氧化镍/氢氧化镍(标记为NiO/Ni(OH)₂)由于廉价高效、环境友好、地壳中丰度大、变价金属离子之间的氧化还原机理明确、非常高的理论比电容(理论比电容为2584F/g)，成为极具研究和应用价值的电极材料，但是NiO/Ni(OH)₂电极材料导电性较差和电化学循环稳定不足是其实际应用急需解决的主要问题。

为了进一步提高NiO/Ni(OH)₂电极材料的实际比电容和电化学稳定性能，研究人员已经使用了沉淀转换、溶胶凝胶、磁控溅射、电化学阴极/阳极沉积、水热法等方法制备出了许多掺杂和未掺杂其它元素的NiO/Ni(OH)₂电极材料。研究表明这些NiO/Ni(OH)₂电极材料的性能与其比表面积和表面结构密切相关，具有较高比表面积和纳米多孔网状结构的电极材料可以显示出优异的电容特性和较高的电化学稳定性能；掺杂其它诸如N、Ag、Ce、La、B等元素也均不同程度的提高了NiO/Ni(OH)₂电极材料的电容特性和电化学稳定性能。值得注意的是硼 (B)原子价电子少于价轨道数属于缺电子情况，因此硼及其化合物通常具有高电导、高熔点、高硬度和高稳定性的特点，B的掺杂有利于同时提高NiO/Ni(OH)₂电极材料的导电性、比电容和电化学稳定性，因此B掺杂的NiO/Ni(OH)₂电极材料(标记为NiO/Ni(OH)₂(B))极具研究和应用价值。但是在NiO/Ni(OH)₂电极材料以及掺杂工艺的制备方法中，磁控溅射技术需要真空条件且金属靶材利用率较低；水热法、沉淀转换、溶胶凝胶等方法存在工艺参数复杂、B的掺杂量较少、制备的电极材料表面氧化物含量较少等缺点很难实现工业化。

发明内容