空心四氧化三鈷微球材料的制備方法及制備電極片的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器電極材料的制備方法，具體涉及空心四氧化三鈷微球材料的制備方法及制備電極片的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]到目前為止，材料研宄者采用不同的合成工藝制備了一系列各種不同形貌的納米顆粒。而近幾年來，人們則將目光轉(zhuǎn)向了將一維納米構(gòu)造點(diǎn)組裝成二維和三維有序超結(jié)構(gòu)或者復(fù)合功能型結(jié)構(gòu)的研宄之上，這正是邁向?qū)崿F(xiàn)納米功能器件實(shí)用化的關(guān)鍵一步。然而，除了普通的一維、二維以及三維結(jié)構(gòu)，具有大的內(nèi)部空間以及高的比表面積的結(jié)構(gòu)同樣是開發(fā)新型功能材料的又一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)榭招慕Y(jié)構(gòu)是新的技術(shù)應(yīng)用方面所迫切需要的。
[0003]尖晶石四氧化三鈷是在諸如異質(zhì)催化、超級(jí)電容器電極材料、固態(tài)傳感器和光學(xué)器件等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的重要功能材料。由于顆粒尺寸以及形貌對(duì)于材料性能的影響，對(duì)于四氧化三鈷顆粒的控形制備也是材料學(xué)家的目的所在。到目前為止，人們已經(jīng)相繼制備出了不同形貌的四氧化三鈷顆粒，諸如納米管、納米棒、納米片、納米立方等。
[0004]對(duì)于四氧化三鈷材料，現(xiàn)在常用的方法有兩類:電沉積、水熱法。眾所周知，電沉積方法在應(yīng)用過程中存在可重復(fù)性差、產(chǎn)物成分不純、影響因素復(fù)雜等缺點(diǎn)。而水熱法則簡(jiǎn)單易操作，能保證較高的可重復(fù)性。目前常用的水熱法制備四氧化三鈷空心結(jié)構(gòu)，往往需要添加硬質(zhì)模板，在反應(yīng)結(jié)束后需要將模板和終產(chǎn)物分離，操作十分麻煩，且對(duì)產(chǎn)物形貌多有破壞。同時(shí)，后期的煅燒氧化處理也是必不可少的，增加了工藝復(fù)雜性，提高了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種空心四氧化三鈷微球的水熱制備法。我們的方法則相對(duì)簡(jiǎn)單，無需引入有機(jī)試劑和模板，采用一步水熱法制備，并且這種空心四氧化三鈷微球粒徑分布均勻，具有厚度為幾十納米的薄壁。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種空心四氧化三鈷微球材料的制備方法，其步驟如下:
[0008]I)、分別稱取鈷鹽、鈉鹽在去離子水中溶解，得到50?200g/L鈷鹽溶液、60?150g/L鈉鹽溶液；
[0009]2)、取等體積的鈷鹽溶液、鈉鹽溶液混合，進(jìn)行恒溫水浴攪拌均勻，得到混合溶液；
[0010]3)、向混合溶液中加入氨水，攪拌均勻，得到含有鈉鹽的鈷氨配合物溶液；然后滴入雙氧水，每升溶液中雙氧水用量為30?90mL ；
[0011]4)、將步驟3)得到的混合溶液在密封下進(jìn)行水熱處理，得到黑色沉淀；
[0012]5):將所述黑色沉淀依次經(jīng)去離子水、無水乙醇洗滌，空氣氣氛下干燥，得到空心四氧化三鈷微球。
[0013]所述的鈷鹽為醋酸鈷、硝酸鈷或硫酸鈷；所述鈉鹽為醋酸鈉、硝酸鈉或硫酸鈉。
[0014]所述恒溫水浴的溫度設(shè)置為35?55°C。
[0015]所述氨水質(zhì)量濃度為28%。
[0016]所述加入氨水用量為每升溶液中加入氨水50?150mL。
[0017]所述加入氨水?dāng)嚢璧霓D(zhuǎn)速設(shè)置為200?500轉(zhuǎn)/分。
[0018]所述水熱反應(yīng)的溫度設(shè)置為100?160°C，水熱處理的時(shí)間設(shè)置為6?15小時(shí)。
[0019]所述干燥溫度的溫度設(shè)置為60?90°C。
[0020]利用本發(fā)明的空心四氧化三鈷微球在制備電極片的應(yīng)用，將空心四氧化三鈷微球與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合，攪拌后得到漿料；將漿料均勻刮凃于預(yù)處理后的泡沫鎳上，干燥，壓片，即得所述電極片。
[0021]所述空心四氧化三鈷微球、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為75:10:15 ;所述導(dǎo)電劑為多孔活性炭或者乙炔黑，所述粘結(jié)劑為PTFE乙醇溶液。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0023](I)本發(fā)明在少量的氨水環(huán)境中，利用二價(jià)鈷氨配合物易于被氧化的特點(diǎn)，將原先制備過程中氧化氫氧化鈷的問題轉(zhuǎn)化為氧化二價(jià)鈷氨配合物的問題，使反應(yīng)的溫度大大降低，同時(shí)采用一步法制備了四氧化三鈷材料。
[0024](2)本發(fā)明利用溶液中大量的雙氧水在水熱過程中分解釋放得到的氧氣來充當(dāng)制備空心結(jié)構(gòu)的模板，解決了以往硬質(zhì)模板不易清除的問題，同時(shí)所制備得到的空心四氧化三鈷微球形貌完好，尺寸均一。
[0025](3)本發(fā)明制備方法所需設(shè)備條件較簡(jiǎn)單，操作方便，制備成本低，適合于工廠化大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0026]圖1為本方法制備得到的四氧化三鈷微球的透射電鏡圖，插圖為放大透射電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028]實(shí)施例1
[0029]將醋酸鈷和醋酸鈉分別與去離子水配成50g/L的醋酸鈷溶液，60g/L的醋酸鈉溶液。將兩種溶液各取一升，同時(shí)放入45°C的恒溫水浴槽中加入5分鐘，然后按每升溶液量取50mL 28%的氨水溶液倒入上述混合溶液中，攪拌均勻，得到含有鈉鹽的鈷氨配合物溶液，然后按每升溶液量取30mL雙氧水倒入混合溶液中，將溶液轉(zhuǎn)移至水熱裝置中進(jìn)行處理，溫度設(shè)置為110°C，時(shí)長(zhǎng)為9小時(shí)。待反應(yīng)完成后，將所得黑色沉淀分別經(jīng)去離子水、無水乙醇清洗離心3次，于空氣干燥箱中干燥10小時(shí)，得到四氧化三鈷產(chǎn)物。
[0030]將產(chǎn)物與乙炔黑以及PTFE粘結(jié)劑按質(zhì)量比為75:10:15均勻混合，將混合好的漿料涂覆到泡沫鎳上面，放置到溫度設(shè)置為65°C的空氣干燥箱中進(jìn)行干燥處理。對(duì)處理好的電極片壓片處理，壓力設(shè)置為12Mpa，最后進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，顯示其比電容為768F/g。
[0031]實(shí)施例2
[0032]將硝酸鈷和硝酸鈉分別與去離子水配成120g/L的硝酸鈷溶液，100g/L的硝酸鈉溶液。將兩種溶液各取一升，同時(shí)放入50°C的恒溫水浴槽中加入8分鐘，然后按每升溶液量取100mL28%的氨水溶液倒入上述混合溶液中，攪拌均勻，得到含有鈉鹽的鈷氨配合物溶液，然后按每升溶液量取60mL雙氧水倒入混合溶液中，將溶液轉(zhuǎn)移至水熱裝置中進(jìn)行處理，溫度設(shè)置為120°C，時(shí)長(zhǎng)為10小時(shí)。待反應(yīng)完成后，將所得黑色沉淀分別經(jīng)去離子水、無水乙醇清洗離心3次，于空氣干燥箱中干燥8小時(shí)，得到空心四氧化三鈷微球，微球直徑尺寸為500nm，薄壁厚度約為50nm。
[0033]將產(chǎn)物與活性炭以及PTFE粘結(jié)劑按質(zhì)量比為75:10:15均勻混合，將混合好的漿料涂覆到泡沫鎳上面，放置到溫度設(shè)置為65°C的空氣干燥