专利摘要

本发明公开一种超级电容器用复合电极及其制备方法，其包括泡沫镍、镍纳米线以及Ni‑Co化合物，镍纳米线、Ni‑Co化合物由外向内依次对称设置在泡沫镍两侧，镍纳米线生长在泡沫镍上作为集流体和Ni‑Co化合物活性材料的生长基底。通过在泡沫镍上生长镍纳米线作为集流体，有效提高了集流体的活性物质担载量，并提升了单位面积电荷存储能力；同时，所述镍纳米线作为NiCo化合物活性材料的生长基底，促进了电极的倍率特性和循环寿命，并表现出突出的电化学性能。且本发明所述超级电容器用复合电极的制备方法简便、成本低廉，得到的NiCo化合物/镍纳米线/泡沫镍复合电极是一个比容量高、循环稳定性强的超级电容器用复合电极。

权利要求

1.一种超级电容器用复合电极，其特征在于，包括泡沫镍、镍纳米线以及Ni-Co化合物，所述镍纳米线、Ni-Co化合物由内向外依次对称设置在泡沫镍两侧，其中，所述镍纳米线生长在泡沫镍上作为集流体和Ni-Co化合物活性材料的生长基底；所述超级电容器用复合电极的制备方法包括如下步骤：

S1、将泡沫镍加入摩尔浓度为1mmol/L～30mol/L氯化镍和质量浓度为60％～95％的水合肼按体积比1.5～30制成混合溶液中，然后进行加热反应并清洗干燥，获得镍纳米线/泡沫镍复合基底；

S2、将氯化镍、氯化钴按摩尔比0.5～2制成的混合溶液，并向混合溶液中加入与金属元素摩尔比为0.5～2的沉淀剂，然后向混合溶液中插入步骤S1中制得的镍纳米线/泡沫镍复合基底，进行加热反应并清洗干燥，获得NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

2.根据权利要求1所述的超级电容器用复合电极，其特征在于，所述的Ni-Co化合物为Ni-Co氢氧化物、Ni-Co氧化物中的一种。

3.根据权利要求1所述的超级电容器用复合电极，其特征在于，在步骤S1中，将氯化镍和水合肼混合后，在50～100℃的温度下反应0.5-24小时。

4.根据权利要求权利要求1所述的超级电容器用复合电极，其特征在于，在步骤S2中，将氯化镍、氯化钴及沉淀剂的混合溶液与镍纳米线/泡沫镍复合基底在50-100℃的温度下反应0.5～24小时。

5.根据权利要求1所述的超级电容器用复合电极，其特征在于，所述超级电容器用复合电极的制备方法还包括步骤S3，

S3、对步骤S2中制得的NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极进行烧结，获得NiCo氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

6.根据权利要求5所述的超级电容器用复合电极，其特征在于，在步骤S3中，将NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极在280～600℃的空气中烧结0.5～10小时。

7.根据权利要求1所述的超级电容器用复合电极，其特征在于，步骤S2中的金属元素为氯化镍中的镍元素以及氯化钴中的钴元素。

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器和新能源领域，具体涉及一种超级电容器用复合电极及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型的储能器件，它较电容器有着更高的能量密度，较传统的电池比有着更高的功率密度以及良好的循环寿命。在某些条件下能产生电池所无法达到功效，例如电动汽车启动、加速和爬坡时，传统的锂离子难以满足需求或不足，而具有高功率密度的超级电容器则恰好能弥补这方面的需求。

超级电容器的性能完全取决于电极材料，在过往的研究中，以钌、铱金属氧化物制成的超级电容器展现出了良好的性能，但因成本过高、生产污染大等原因而限制了其应用。之前的研究重点在于过渡金属氧化物上，但因为材料导电性差也使得器件无法表现较高的性能。在以往的电极制备当中，大多采用将活性材料与粘合剂通过压片的方式置于泡沫镍、碳纤维等集流体上制备成电极进行测试，这种材料间不完全的接触以及粘合剂的残留会使极片产生较低的接触电阻。从而降低性能。本发明以在镍纳米线上直接生长活性材料为研究方向，避除传统电极材料制备的弊端，从而获取较低成本且性能适用的超级电容器。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出一种超级电容器用复合电极及其制备方法，使生长在泡沫镍上的镍纳米线为活性物质提供了生长基底和导电通道的作用，同时也解决了电极循环稳定性的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种超级电容器用复合电极，其包括泡沫镍、镍纳米线以及Ni-Co化合物，所述镍纳米线、Ni-Co化合物由内向外依次对称设置在泡沫镍两侧，其中，所述镍纳米线生长在泡沫镍上作为集流体和Ni-Co化合物活性材料的生长基底。

一种超级电容器用复合电极的制备方法，所述超级电容器用复合电极的制备方法包括如下步骤：

S1、将泡沫镍加入摩尔浓度为1mmol/L～30mol/L氯化镍和质量浓度为60％～95％的水合肼按体积比1.5～30制成混合溶液中，然后进行加热反应并清洗干燥，获得镍纳米线/泡沫镍复合基底；

S2、将氯化镍、氯化钴按摩尔比0.5～2制成的混合溶液，并向混合溶液中加入与金属元素摩尔比为0.5～2的沉淀剂，然后向混合溶液中插入步骤S1中制得的镍纳米线/泡沫镍复合基底，进行加热反应并清洗干燥，获得NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

本发明所述超级电容器用复合电极及其制备方法，其通过在泡沫镍上生长镍纳米线作为集流体，有效提高了集流体的活性物质担载量，并提升了单位面积电荷存储能力；同时，所述镍纳米线作为NiCo化合物活性材料的生长基底，促进了电极的倍率特性和循环寿命，并表现出突出的电化学性能，在电极应用方面具有很好的应用价值。且本发明所述超级电容器用复合电极的制备方法简便、成本低廉，得到的NiCo化合物/镍纳米线/泡沫镍复合电极是一个比容量高、循环稳定性强的超级电容器用复合电极。

附图说明

图1是本发明超级电容器用复合电极结构的截面示意图。

图2是本发明实施例1得到的NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极进行循环稳定性曲线；

图3是本发明实施例1得到的NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极的倍率性能曲线；

图4是本发明实施例5得到的NiCo氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极进行循环稳定性曲线；

图5是本发明实施例5得到的NiCo氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极的倍率性能曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明涉及一种超级电容器用复合电极，如图1所示，其包括泡沫镍、镍纳米线以及Ni-Co化合物，所述镍纳米线、Ni-Co化合物由内向外依次对称设置在泡沫镍两侧，其中，所述镍纳米线生长在泡沫镍上作为集流体和Ni-Co化合物活性材料的生长基底，所述的Ni-Co化合物为Ni-Co氢氧化物、Ni-Co氧化物中的一种。

所述超级电容器用复合电极的制备方法具有多种实施例如下：

实施例1：

向50mL浓度为0.05mol/L的氯化镍水溶液中加入一块预先准备好的泡沫镍，超声处理5分钟，之后将含有混合溶液的容器转移到水浴锅中，加热至75℃，并加入5mL质量浓度为85％的水合肼溶液和0.3mL浓度为1mol/L的NaOH溶液的混合溶液，在60℃的温度下加热1.5h后，获得镍纳米线/泡沫镍复合基底。

将所制备的镍纳米线/泡沫镍复合基底垂直放置在100mL聚四氟乙烯容器中，并依次向聚四氟乙烯容器中加入0.75mmol氯化镍、1.5mmol氯化钴、4.5mmol尿素以及60mL去离子水，搅拌获得混合溶液，将装有上述混合物质的聚四氟乙烯容器在70℃温度下加热8h，冷却至室温后，收集产品并清洗干燥，制得NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

本实施例中得到的NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极中的镍纳米线的直径为800nm，NiCo氢氧化物为生长在镍纳米线表面的纳米片状阵列结构。该结构有利于提高电子传递效率，提升电极的电化学性能。

实施例2：

向45mL浓度为1mmol/L的氯化镍水溶液中加入一块预先准备好的泡沫镍，超声处理5分钟，之后将含有混合溶液的容器转移到水浴锅中，加热至75℃，并加入30mL质量浓度为60％的水合肼溶液和0.3mL浓度为1mol/L的NaOH溶液的混合溶液，在50℃的温度下加热24h后，获得镍纳米线/泡沫镍复合基底。

将所制备的镍纳米线/泡沫镍复合基底垂直放置在100mL聚四氟乙烯容器中，并依次向聚四氟乙烯容器中加入1mmol氯化镍、1.5mmol氯化钴、4.5mmol尿素以及60mL去离子水，搅拌获得混合溶液，将装有上述混合物质的聚四氟乙烯容器在50℃温度下加热24h，冷却至室温后，收集产品并清洗干燥，制得NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

本实施例中得到的NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极中的镍纳米线的直径为3μm，NiCo氢氧化物为生长在镍纳米线表面的纳米片状阵列结构。该结构有利于提高电子传递效率，提升电极的电化学性能。

实施例3：

向60mL浓度为0.1mol/L的氯化镍水溶液中加入一块预先准备好的泡沫镍，超声处理7分钟，之后将含有混合溶液的容器转移到水浴锅中，加热至75℃，并加入2mL质量浓度为95％的水合肼溶液以及0.3mL浓度为1mol/L的NaOH溶液的混合溶液，在100℃的温度下加热0.5h后，获得镍纳米线/泡沫镍复合基底。

将所制备的镍纳米线/泡沫镍复合基底垂直放置在100mL聚四氟乙烯容器中，并依次向聚四氟乙烯容器中加入3mmol氯化镍、1.5mmol氯化钴、10mmol尿素以及60mL去离子水，搅拌获得混合溶液，将装有上述混合物质的聚四氟乙烯容器在100℃下加热到0.5h，冷却至室温后，收集产品并清洗干燥，制得NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

本实施例中得到的NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极中的镍纳米线的直径为650nm，NiCo氢氧化物为生长在镍纳米线表面的纳米棒状阵列结构。该结构有利于提高电子传递效率，提升电极的电化学性能。

实施例4:

向45mL浓度为0.1mol/L的氯化镍水溶液中加入一块预先准备好的泡沫镍，超声处理8分钟，之后将含有混合溶液的容器转移到水浴锅中，加热至75℃，并加入30mL质量浓度为85％的水合肼溶液和0.3mL浓度为1mol/L的NaOH溶液的混合溶液，在80℃的温度下加热3小时后，获得镍纳米线/泡沫镍复合基底。

将所制备的镍纳米线/泡沫镍复合基底垂直放置在100mL聚四氟乙烯容器中，并依次向聚四氟乙烯容器中加入1mmol氯化镍、1.5mmol氯化钴和10mmol尿素以及60mL去离子水，搅拌获得混合溶液，将装有上述混合物质的聚四氟乙烯容器在70℃下加热到8h，冷却至室温后，收集产品并清洗干燥，制得NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

将上述NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极300℃的空气中烧结获得NiCo氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

本实施例中得到的NiCo氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极中的镍纳米线的直径为3μm，NiCo氧化物为生长在镍纳米线表面的多孔纳米棒状阵列结构。该结构有利于提高电子传递效率，实现大的比表面积，提升电极的电化学性能。

实施例5：

向50mL浓度为0.05mol/L的氯化镍水溶液中加入一块预先准备好的泡沫镍，超声处理6分钟，之后将含有混合溶液的容器转移到水浴锅中，加热至75℃，并加入5mL质量浓度为60％的水合肼溶液和0.3mL浓度为1mol/L的NaOH溶液的混合溶液，在50℃的温度下加热24h后，获得镍纳米线/泡沫镍复合基底。

将所制备的镍纳米线/泡沫镍复合基底垂直放置在100mL聚四氟乙烯容器中，并依次向聚四氟乙烯容器中加入0.75mmol氯化镍、1.5mmol氯化钴、4.5mmol尿素以及60mL去离子水，搅拌获得混合溶液，将装有上述混合物质的聚四氟乙烯容器在70℃下加热到8h，冷却至室温后，收集产品并清洗干燥，制得NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

将上述NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极在280℃的空气中烧结获得NiCo氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

本实施例中得到的NiCo氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极中的镍纳米线的直径为1.5μm，NiCo氧化物为生长在镍纳米线表面的多孔纳米片状阵列结构。该结构有利于提高电子传递效率，实现大的比表面积，提升电极的电化学性能。

实施例6:

向60mL浓度为0.1mol/L的氯化镍水溶液中加入一块预先准备好的泡沫镍，超声处理8分钟，之后将含有混合溶液的容器转移到水浴锅中，加热至75℃，并加入2mL质量浓度为95％的水合肼溶液和0.3mL浓度为1mol/L的NaOH溶液的混合溶液，在100℃的温度下加热0.5h后，获得镍纳米线/泡沫镍复合基底。

将所制备的镍纳米线/泡沫镍复合基底垂直放置在100mL聚四氟乙烯容器中，并依次向聚四氟乙烯容器中加入3mmol氯化镍、1.5mmol氯化钴和10mmol尿素以及60mL去离子水，搅拌获得混合溶液，将装有上述混合物质的聚四氟乙烯容器在100℃下加热到0.5h，冷却至室温后，收集产品并清洗干燥，制得NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

将上述NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极600℃的空气中烧结获得NiCo氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极。

本实施例中得到的NiCo氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极中的镍纳米线的直径为350nm，NiCo氧化物为生长在镍纳米线表面的多孔纳米棒状阵列结构。该结构有利于提高电子传递效率，实现大的比表面积，提升电极的电化学性能。

如图2所示，对实施例1获得的NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极进行循环稳定性测试，该复合电极循环20000次之后其比电容是首次放电的160％，是最高比电容的77％，表明该复合电极具体突出的循环稳定性。如图3所示，对实施例1获得的NiCo氢氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极进行横流充放电测试，在100mA cm-2大电流密度下的比容量为2.5mA cm-2下的68％，表明该复合电极具有优异的比电容和倍率性能.

如图4所示，对实施例5获得的NiCo氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极进行循环稳定性测试，该电极在经过1500次循环测试之后性能没有降低，反而提升了40％，表明该复合电极具体突出的循环稳定性。如图5所示，对实施例5获得的NiCo氧化物/镍纳米线/泡沫镍复合电极进行倍率性能测试，该电极在2.5mA cm-2的电流密度下的比容量达7.4F cm-2，在100mA cm-2的电流密度下的比容量达6.7F cm-2是2.5mA cm-2时的90％，表明该复合电极具有优异的比电容和倍率性能。

本发明所述超级电容器用复合电极及其制备方法，其通过在泡沫镍上生长镍纳米线作为集流体，有效提高了集流体的活性物质担载量，并提升了单位面积电荷存储能力；同时，所述镍纳米线作为NiCo化合物活性材料的生长基底，促进了电极的倍率特性和循环寿命，并表现出突出的电化学性能，在电极应用方面具有很好的应用价值。且本发明所述超级电容器用复合电极的制备方法简便、成本低廉，得到的NiCo化合物/镍纳米线/泡沫镍复合电极是一个比容量高、循环稳定性强的超级电容器用复合电极。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

超级电容器用复合电极及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。