一種合成鈷酸鎳尖晶石的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種合成鈷酸鎳尖晶石的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈷酸鎳(NiCo204)是一種尖晶石相結(jié)構(gòu)的ΑΒ204型復(fù)合氧化物，其在晶體結(jié)構(gòu)中，鎳離子占據(jù)八面體位置，鈷離子既占有八面體位置又占據(jù)四面體位置。相比于單一的氧化鎳和四氧化三鈷，鈷酸鎳本身具有較好的導(dǎo)電性。除此之外，鈷酸鎳具有較高的電化學(xué)性能，生產(chǎn)成本低，原料充足和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，吸引了研究學(xué)者的普遍關(guān)注，在德國(guó)的《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》雜志(2015年，54卷1868頁(yè))有過(guò)報(bào)道。目前，已有文獻(xiàn)報(bào)道制備鈷酸鎳的方法有:高溫固相法、溶膠-凝膠法、機(jī)械化學(xué)合成法、液相化學(xué)沉淀法等，但此類方法制備的鈷酸鎳顆粒分布不均勻，分散性不好，產(chǎn)量低，并且制作方法較為繁瑣復(fù)雜。目前，制備使用比較普遍的方法是水(溶劑)熱法，因其具有工藝簡(jiǎn)單易行、能量消耗相對(duì)較小、且產(chǎn)物易于控制、反應(yīng)時(shí)間較短等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種合成鈷酸鎳尖晶石的方法，應(yīng)用該方法制備得到的鈷酸鎳納米材料比表面積大，為69m2/g，比容量高達(dá)1910F/g。
[0004]本發(fā)明提供一種合成鈷酸鎳尖晶石的方法，步驟如下:
[0005](1)將Ni (N03) 2.6H20、Co (N03) 2.6H20和尿素加入到去離子水中，常溫下攪拌，使溶液混合均勻，得溶液A ;
[0006](2)在溶液A中加入三乙醇胺油酸皂，超聲使之混合均勻，得溶液B ;
[0007](3)將溶液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在100_130°C下恒溫反應(yīng)16_24小時(shí)，攪拌速度為150-180r/min,洗滌，烘干，得到前驅(qū)體；
[0008](4)將前驅(qū)體在空氣中經(jīng)350_400°C恒溫?zé)崽幚砗?，得到鈷酸鎳尖晶石?br>[0009]作為優(yōu)選，步驟⑴中所述Ni(N03)2.6H20、Co (N03)2.6H20和尿素的摩爾比為1:2: (10-15)，鎳離子在所述溶液A中的摩爾濃度為0.3mol/L0
[0010]作為優(yōu)選，所述三乙醇胺油酸皂的加入量為步驟(1)中去離子水體積的1/8-1/5。
[0011]作為優(yōu)選，步驟(2)中所述洗滌是用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌3次。
[0012]作為優(yōu)選，步驟(3)中所述攪拌為磁子攪拌。
[0013]本發(fā)明還提供應(yīng)用上述任一所述的方法制備得到的鈷酸鎳尖晶石。
[0014]本發(fā)明還提供上述鈷酸鎳尖晶石在制備超級(jí)電容器電極中的應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明以去離子水作為溶劑，以Ni (N03) 2.6H20和Co (N03) 2.6H20為反應(yīng)原料，以三乙醇胺油酸皂為表面活性劑，通過(guò)溶劑熱法制備得到前驅(qū)體后，進(jìn)而制備得到一種比表面積大^9m2/g)的鈷酸鎳納米材料，對(duì)其進(jìn)行X-射線衍射，發(fā)現(xiàn)該鈷酸鎳納米材料為尖晶石相結(jié)構(gòu)，比容量高達(dá)1910F/g，制備方法簡(jiǎn)單、產(chǎn)品成本低、適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0017]圖1為實(shí)施例1中制備的鈷酸鎳尖晶石的X-射線衍射圖，其中:橫坐標(biāo)是衍射角度(2 Θ )，縱坐標(biāo)是相對(duì)衍射強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下的實(shí)施例僅為本發(fā)明的較優(yōu)實(shí)施例，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限定。下述實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)方法，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。實(shí)驗(yàn)中所用原料:Ni (Ν03)2.6H20和Co (N03)2.6H20均為分析純。
[0019]實(shí)施例1
[0020]本發(fā)明的一種合成鈷酸鎳尖晶石的方法步驟如下:
[0021](1)將8.78祖(勵(lì)3)2*6!120(含鎳離子0.0311101)、17.58 Co (Ν03) 2.6H20 (含鈷離子
0.06mol)和27.0g尿素加入到100ml去離子水中，常溫下攪拌，使溶液混合均勻，得溶液A ；
[0022](2)在溶液A中加入12.5ml三乙醇胺油酸皂，超聲使之混合均勻，得溶液B ;
[0023](3)將溶液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在110°C下恒溫反應(yīng)20小時(shí)，攪拌速度為165r/min，上述攪拌是用磁子攪拌，用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌3次，在62°C下恒溫干燥，得到前驅(qū)體；
[0024](4)將前驅(qū)體在空氣中經(jīng)370°C恒溫?zé)崽幚?h(升溫速率1°C /min)后，得到鈷酸鎳尖晶石。
[0025]將上述制備的鈷酸鎳尖晶石進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，電流密度為2A/g時(shí)，比容量值達(dá)到了比較高的值1910F/g，電流密度為0.5A/g時(shí)，比容量值為1450F/g ;經(jīng)過(guò)3000次充放電測(cè)試之后比容量仍保持在92%以上。
[0026]實(shí)施例2
[0027]本發(fā)明的一種合成鈷酸鎳尖晶石的方法步驟如下:
[0028](1)將 8.7gNi (N03) 2.6H20 (含鎳離子 0.03mol)、17.5g Co (N03) 2.6H20 (含鈷離子
0.06mol)和18.0g尿素加入到100ml去離子水中，常溫下攪拌，使溶液混合均勻，得溶液A ；
[0029](2)在溶液A中加入16ml三乙醇胺油酸皂，超聲使之混合均勻，得溶液B ;
[0030](3)將溶液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在100°C下恒溫反應(yīng)24小時(shí)，攪拌速度為180r/min，上述攪拌是用磁子攪拌，用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌3次，在60°C下恒溫干燥，得到前驅(qū)體；
[0031](4)將前驅(qū)體在空氣中經(jīng)380°C恒溫?zé)崽幚?h(升溫速率2°C /min)后，得到鈷酸鎳尖晶石。
[0032]將上述制備的鈷酸鎳尖晶石進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，電流密度為2A/g時(shí)，比容量值達(dá)到了比較高的值1900F/g，電流密度為0.5A/g時(shí)，比容量值為1470F/g ;經(jīng)過(guò)3000次充放電測(cè)試之后比容量仍保持在90%以上。
[0033]實(shí)施例3
[0034]本發(fā)明的一種合成鈷酸鎳尖晶石的方法步驟如下:
[0035](1)將 8.7gNi (N03) 2.6H20 (含鎳離子 0.03mol)、17.5g Co (N03) 2.6H20 (含鈷離子0.06mol)和22.0g尿素加入到100ml去離子水中，常溫下攪拌，使溶液混合均勻，得溶液A ；
[0036](2)在溶液A中加入20ml三乙醇胺油酸皂，超聲使之混合均勻，得溶液B ;
[0037](3)將溶液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在130°C下恒溫反應(yīng)16小時(shí)，攪拌速度為150r/min，上述攪拌是用磁子攪拌，用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌3次，在65°C下恒溫干燥，得到前驅(qū)體；
[0038](4)將前驅(qū)體在空氣中經(jīng)400°C恒溫?zé)崽幚?h(升溫速率1°C /min)后，得到鈷酸鎳尖晶石。
[0039]將上述制備的鈷酸鎳尖晶石進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，電流密度為2A/g時(shí)，比容量值達(dá)到了比較高的值1870F/g，電流密度為0.5A/g時(shí)，比容量值為1420F/g ;經(jīng)過(guò)3000次充放電測(cè)試之后比容量仍保持在91%以上。
[0040]實(shí)施例4
[0041]本發(fā)明的一種合成鈷酸鎳尖晶石的方法步驟如下:
[0042](1)將 8.7gNi (N03) 2.6H20 (含鎳離子 0.03mol)、17.5g Co (N03) 2.6H20 (含鈷離子
0.06mol)和25.0g尿素加入到100ml去離子水中，常溫下攪拌，使溶液混合均勻，得溶液A ；
[0043](2)在溶液A中加入14ml三乙醇胺油酸皂，超聲使之混合均勻，得溶液B ;
[0044](3)將溶液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在110°C下恒溫反應(yīng)20小時(shí)，攪拌速度為170r/min，上述攪拌是用磁子攪拌，用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌3次，在63°C下恒溫干燥，得到前驅(qū)體；
[0045](4)將前驅(qū)體在空氣中經(jīng)390°C恒溫?zé)崽幚?h(升溫速率2°C /min)后，得到鈷酸鎳尖晶石。
[0046]將上述制備的鈷酸鎳尖晶石進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，電流密度為2A/g時(shí)，比容量值達(dá)到了比較高的值1860F/g，電流密度為0.5A/g時(shí)，比容量值為1410F/g ;經(jīng)過(guò)3000次充放電測(cè)試之后比容量仍保持在90%以上。
[0047]實(shí)施例5
[0048]本發(fā)明的一種合成鈷酸鎳尖晶石的方法步驟如下:
[0049](1)將 8.7gNi (N03) 2.6H20 (含鎳離子 0.03mol)、17.5g Co (N03) 2.6H20 (含鈷離子
0.06mol)和21.0g尿素加入到100ml去離子水中，常溫下攪拌，使溶液混合均勻，得溶液A ；
[0050](2)在溶液A中加入15ml三乙醇胺油酸皂，超聲使之混合均勻，得溶液B ;
[0051](3)將溶液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在120°C下恒溫反應(yīng)22小時(shí)，攪拌速度為180r/min，上述攪拌是用磁子攪拌，用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌3次，在65°C下恒溫干燥，得到前驅(qū)體；
[0052](4)將前驅(qū)體在空氣中經(jīng)350°C恒溫?zé)崽幚?h(升溫速率1°C /min)后，得到鈷酸鎳尖晶石。
[0053]將上述制備的鈷酸鎳尖晶石進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，電流密度為2A/g時(shí)，比容量值達(dá)到了比較高的值1850F/g，電流密度為0.5A/g時(shí)，比容量值為1410F/g ;經(jīng)過(guò)3000次充放電測(cè)試之后比容量仍保持在90%以上。
[0054]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種合成鈷酸鎳尖晶石的方法，其特征在于:步驟如下: (1)將Ni(N03)2.6H20、Co (N03)2.6H20和尿素加入到去離子水中，常溫下攪拌，使溶液混合均勻，得溶液A ; (2)在溶液A中加入三乙醇胺油酸皂，超聲使之混合均勻，得溶液B; (3)將溶液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在100-130°C下恒溫反應(yīng)16-24小時(shí)，攪拌速度為150-180r/min,洗滌，烘干，得到前驅(qū)體； (4)將前驅(qū)體在空氣中經(jīng)350-400°C恒溫?zé)崽幚砗?，得到鈷酸鎳尖晶石?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟⑴中所述Ni(N03)2.6H20、Co (N03)2.6H20和尿素的摩爾比為1:2: (10-15)，鎳離子在所述溶液A中的摩爾濃度為0.3mol/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述三乙醇胺油酸皂的加入量為步驟(1)中去離子水體積的1/8-1/5。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)中所述洗滌是用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌3次。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)中所述攪拌為磁子攪拌。6.應(yīng)用權(quán)利要求1-5任一所述的方法制備得到的鈷酸鎳尖晶石。7.權(quán)利要求6所述的鈷酸鎳尖晶石在制備超級(jí)電容器電極中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種合成鈷酸鎳尖晶石的方法，步驟如下：(1)將硝酸鎳、硝酸鈷和尿素加入到去離子水中，常溫下攪拌，使溶液混合均勻，得溶液A；(2)在溶液A中加入三乙醇胺油酸皂，超聲使之混合均勻，得溶液B；(3)將溶液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中進(jìn)行恒溫溶劑熱反應(yīng)，洗滌，烘干，得到前驅(qū)體；(4)將前驅(qū)體在空氣中經(jīng)350-400℃恒溫?zé)崽幚砗?，得到鈷酸鎳尖晶石。本發(fā)明以去離子水作為溶劑，以硝酸鎳和硝酸鈷為反應(yīng)原料，以三乙醇胺油酸皂為表面活性劑，通過(guò)溶劑熱法制備得到前驅(qū)體后，進(jìn)而制備得到一種比表面積大(69m2/g)的鈷酸鎳尖晶石，比容量高達(dá)1910F/g，制備方法簡(jiǎn)單、產(chǎn)品成本低、適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【IPC分類】C01G53/00
【公開號(hào)】CN105417590
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510827948
【發(fā)明人】林展, 劉培楊, 高學(xué)會(huì), 李高然, 許陽(yáng)陽(yáng), 李全國(guó)
【申請(qǐng)人】青島能迅新能源科技有限公司, 林展
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月24日