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一种NiO/NG/NF复合电极材料及其制备方法 0 0

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申请进展

基本信息

申请人信息

代理人信息

摘要

法律状态

权利要求

说明书

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2019-02-21

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2019-06-07

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2020-04-03

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2039-02-21

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201910129746.5	申请日	2019-02-21
公开/公告号	CN109755031B	公开/公告日	2020-04-03
授权日	2020-04-03	预估到期日	2039-02-21
申请年	2019年	公开/公告年	2020年
缴费截止日
分类号	H01G11/24 、H01G11/30 、H01G11/36 、H01G11/38 、H01G11/46 、H01G11/86	主分类号	H01G11/24
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	0
权利要求数量	1	非专利引证数量	1
引用专利数量	3	被引证专利数量	0
非专利引证	1、全文. Haigen Huang,et al“.Nitrogen-dopedgraphene-activated metallic nanoparticle-incorporated ordered mesoporous carbonnanocomposites for the hydrogenation ofnitroarenes”《.RSC Adv.》.2018,第8卷第8898-8909页. Yachao Zhu,et al“.Self-assembled Ni/NiO/RGO heterostructures for high-performance supercapacitors”《.RSC Adv.》.2015,第5卷第77958-77964页. Lotf Ali Saghatforoush,et al“.Ni(OH)2and NiO Nanostructures: Synthesis,Characterization and ElectrochemicalPerformance”《.Bull. Korean Chem. Soc.》.2012,第33卷(第8期),第2613-2618页.;
引用专利	CN103681003A、CN105152167A、KR20180133063A	被引证专利
专利权维持	3	专利申请国编码	CN
专利事件	转让	事务标签	公开、实质审查、授权、权利转移

申请人信息

申请人	青岛科技大学	第一申请人	青岛科技大学
专利权人	青岛科技大学	当前专利权人	合肥九州龙腾科技成果转化有限公司
发明人	宋彩霞、王德宝、周艳红、李静、张亚楠	第一发明人	宋彩霞
地址	山东省青岛市崂山区松岭路99号青岛科技大学	邮编	266000
申请人数量	1	发明人数量	5
申请人所在省	山东省	申请人所在市	山东省青岛市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

青岛中天汇智知识产权代理有限公司

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

袁晓玲

摘要

本发明公开了一种NiO/NG/NF复合电极材料及其制备方法，包括下述步骤：首先将泡沫镍用丙酮、稀盐酸进行预处理，将处理好的泡沫镍分别用去离子水和无水乙醇分超声清洗，真空干燥后将预处理的泡沫镍浸入含有乙酸镍、邻菲罗啉、乙醇和乙二醇混合溶液中，再与氢氧化钠的乙二醇溶液在管式炉中在通氮气条件下，以1‑20℃/min的升温速度升温至400‑600℃，保温1‑12h，反应制得NiO/NG/NF复合电极材料。该电极材料具有很好的比电容和良好的循环稳定性，在电流密度为5A/g充放电循环2000圈后电极的比电容保留率为96％。

摘要附图
说明书附图：图1
说明书附图：图2
说明书附图：图3
说明书附图：图4

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2022-09-02	专利权的转移	登记生效日: 2022.08.22 专利权人由青岛科技大学变更为合肥九州龙腾科技成果转化有限公司地址由266000 山东省青岛市崂山区松岭路99号青岛科技大学变更为230000 安徽省合肥市蜀山经济开发区井岗路电商园一期2号楼203
2	2020-04-03	授权
3	2020-03-31	著录事项变更	申请人由青岛科技大学变更为青岛科技大学地址由266000 山东省青岛市市北区郑州路53号变更为266000 山东省青岛市崂山区松岭路99号青岛科技大学
4	2019-06-07	实质审查的生效	IPC(主分类): H01G 11/24 专利申请号: 201910129746.5 申请日: 2019.02.21
5	2019-05-14	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.一种NiO/NG/NF复合电极材料及其制备方法，其特征在于，NiO/氮掺杂石墨烯(NG)/泡沫镍(NF)复合电极材料是将预处理的泡沫镍浸入含有乙酸镍、邻菲罗啉、乙醇和乙二醇混合溶液中，再与氢氧化钠的乙二醇溶液反应得到NiO/NG/NF多级网状结构复合电极材料，所述复合电极材料可用作超级电容器的电极材料，所述方法包括下述步骤：
(1)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪成1cm×1cm大小的正方形片，将泡沫镍放入丙酮中浸泡
5min，将泡沫镍取出，再将泡沫镍放入1mol/L的稀盐酸中浸泡5min，最后，将泡沫镍取出分别用去离子水和无水乙醇超声洗涤三次，在60℃的真空干燥箱中干燥；
(2)称取0.01-1mmol的乙酸镍溶于0.1-5ml乙二醇中，记为溶液a；
(3)称取0.001-0.1g邻菲罗啉溶于0.1-5ml乙醇中，记为溶液b；
(4)将配好的溶液a倒入溶液b，混合均匀后，放入石英舟①中，再将步骤(1)预处理的泡沫镍放入石英舟①中；
(5)将0.01-0.5g氢氧化钠和1-5ml乙二醇放入另一石英舟②中，使乙酸镍与氢氧化钠的摩尔比为1：1-1：20，将两个石英舟①和②先后放到的管式炉中，通氮气，以1-20℃/min的升温速度升温至400-600℃，保温1-12h，冷却后，得到NiO/NG/NF复合电极材料。

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种NiO/NG/NF复合电极材料及其制备方法，具体地说，是涉及一种具有良好充放电性能和循环稳定性能的树林状的NiO/NG/NF复合电极材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 超级电容器具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长及成本低等特点，广泛应用于便携式电子设备、混合动力电车及大型智能电网等领域。但由于导电性能差而很难进一步达到理论比电容量。传统的方法通常是采用加入胶粘剂和导电石墨与活性电极材料做成糊状电极材料涂抹到电极上，使得活性电极材料的性能难以充分发挥作用。为解决这一问题，利用泡沫镍作为电极集流体，使电极材料直接生长在泡沫镍骨架上，可以使电极材料的性能通过协同作用而大大提高。

[0003] NiO具有理论比电容大、价格低廉、原料丰富、环境友好等特点受到了科研工作者的关注。但是由于NiO的电子电导率比较低，所以实际的比电容较低。石墨烯具有比表面积大、超高的载流子迁移率及化学稳定性好等优点。为提高其导电性，通常将石墨烯与半导体材料复合，但往往需要预先合成石墨烯，再和其它半导体材料复合，导致石墨烯难以均匀分散，与无机材料的界面结合效果差，使其优异的电性能难以充分发挥出来，并且其制备过程和后处理过程繁琐复杂，制备条件苛刻，不利于合成的NiO复合电极材料在商业中的广泛应用。另一方面，制备具有高比表面积能在电化学反应过程中提供更多的电活性位点，进而能够增强超级电容器的电容性能。

[0004] 基于上述原因，如何找到一种工艺相对简单、反应条件较温和，并能制备出高比表面积和导电性高的具有良好充放电性能和循环稳定性能的NiO/NG/NF复合电极材料，则是本发明所要解决的主要问题。发明内容：

[0005] 本发明的目的在于提供一种NiO/NG/NF复合电极材料的制备方法。所述制备工艺相对简单，得到的多孔网状复合结构有利于电化学过程中电子和电解质离子的传输，从而有利于电化学储能反应的发生，可以有效的改善电极材料的电化学性能，利用泡沫镍作为基底，使树林状的NiO和石墨烯直接生长在泡沫镍骨架上，得到的NiO具有很好的氧化还原性，石墨烯和Ni可以提高导电性，有效避免电极循环稳定性差、内阻高等问题，将其三者复合，可以使所制备的多孔电极材料具有更高的比电容和良好的循环性。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

[0007] 一种NiO/NG/NF复合电极材料及其制备方法，其特征在于，树林状的NiO/NG/NF复合电极材料是将预处理的泡沫镍浸入含有乙酸镍、邻菲罗啉、乙醇和乙二醇混合溶液中，再与氢氧化钠的乙二醇溶液反应得到NiO/NG/NF多级网状结构复合电极材料，所述复合材料可用作超级电容器的电极材料，所述方法包括下述步骤：

[0008] (1)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪成1cm×1cm大小的正方形片，将泡沫镍放入丙酮中浸泡5min，将泡沫镍取出，再将泡沫镍放入1mol/L的稀盐酸中浸泡5min，最后，将泡沫镍取出分别用去离子水和无水乙醇超声洗涤三次，在60℃的真空干燥箱中干燥；

[0009] (2)称取0.01-1mmol的乙酸镍溶于0.1-5ml乙二醇中，记为溶液a；

[0010] (3)称取0.001-0.1g邻菲罗啉溶于0.1-5ml乙醇中，记为溶液b；

[0011] (4)将配好的溶液a倒入溶液b，混合均匀后，放入石英舟①中，再将步骤(1)预处理的泡沫镍放入石英舟①中；

[0012] (5)将0.01-0.5g氢氧化钠和1-5ml乙二醇放入另一石英舟②中，使乙酸镍与氢氧化钠的摩尔比为1：1-1：20，将两个石英舟①和②先后放到的管式炉中，通氮气，以1-20℃/min的升温速度升温至400-600℃，保温1-12h，冷却后，得到NiO/NG/NF复合电极材料。

实施方案

[0017] 实施例一：

[0018] (1)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪成1cm×1cm大小的正方形片，将泡沫镍放入丙酮中浸泡5min，将泡沫镍取出，再将泡沫镍放入1mol/L的稀盐酸中浸泡5min，最后，将泡沫镍取出分别用去离子水和无水乙醇超声洗涤三次，在60℃的真空干燥箱中干燥；

[0019] (2)称取0.3mmol的乙酸镍溶于2ml乙二醇中，记为溶液a；

[0020] (3)称取0.007g邻菲罗啉溶于1ml乙醇中，记为溶液b；

[0021] (4)将配好的溶液a倒入溶液b，混合均匀后，放入石英舟①中，再将步骤(1)预处理的泡沫镍放入石英舟①中；

[0022] (5)将0.1g氢氧化钠和2ml乙二醇放入另一石英舟②中，使乙酸镍与氢氧化钠的摩尔比为3:25，将两个石英舟①和②先后放到的管式炉中，通氮气，以5℃/min的升温速度升温至500℃，保温4h，冷却后，得到NiO/NG/NF复合电极材料。

[0023] 实施例二：

[0024] (1)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪成1cm×1cm大小的正方形片，将泡沫镍放入丙酮中浸泡5min，将泡沫镍取出，再将泡沫镍放入1mol/L的稀盐酸中浸泡5min，最后，将泡沫镍取出分别用去离子水和无水乙醇超声洗涤三次，在60℃的真空干燥箱中干燥；

[0025] (2)称取0.6mmol的乙酸镍溶于1ml乙二醇中，记为溶液a；

[0026] (3)称取0.014g邻菲罗啉溶于1ml乙醇中，记为溶液b；

[0027] (4)将配好的溶液a倒入溶液b，混合均匀后，放入石英舟①中，再将步骤(1)预处理的泡沫镍放入石英舟①中；

[0028] (5)将0.1g氢氧化钠和2ml乙二醇放入另一石英舟②中，使乙酸镍与氢氧化钠的摩尔比为6:25，将两个石英舟①和②先后放到的管式炉中，通氮气，以5℃/min的升温速度升温至500℃，保温4h，冷却后，得到NiO/NG/NF复合电极材料。

[0029] 实施例三：

[0030] (1)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪成1cm×1cm大小的正方形片，将泡沫镍放入丙酮中浸泡5min，将泡沫镍取出，再将泡沫镍放入1mol/L的稀盐酸中浸泡5min，最后，将泡沫镍取出分别用去离子水和无水乙醇超声洗涤三次，在60℃的真空干燥箱中干燥；

[0031] (4)称取0.15mmol的乙酸镍溶于1ml乙二醇中，记为溶液a；

[0032] (3)称取0.007g邻菲罗啉溶于1ml乙醇中，记为溶液b；

[0033] (4)将配好的溶液a倒入溶液b，混合均匀后，放入石英舟①中，再将步骤(1)预处理的泡沫镍放入石英舟①中；

[0034] (5)将0.1g氢氧化钠和2ml乙二醇放入另一石英舟②中，使乙酸镍与氢氧化钠的摩尔比为3:50，将两个石英舟①和②先后放到的管式炉中，通氮气，以5℃/min的升温速度升温至550℃，保温4h，冷却后，得到NiO/NG/NF复合电极材料。

[0035] 实施例四：

[0036] (1)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪成1cm×1cm大小的正方形片，将泡沫镍放入丙酮中浸泡5min，将泡沫镍取出，再将泡沫镍放入1mol/L的稀盐酸中浸泡5min，最后，将泡沫镍取出分别用去离子水和无水乙醇超声洗涤三次，在60℃的真空干燥箱中干燥；

[0037] (5)称取0.3mmol的乙酸镍溶于2ml乙二醇中，记为溶液a；

[0038] (3)称取0.007g邻菲罗啉溶于2ml乙醇中，记为溶液b；

[0039] (4)将配好的溶液a倒入溶液b，混合均匀后，放入石英舟①中，再将步骤(1)预处理的泡沫镍放入石英舟①中；

[0040] (5)将0.2g氢氧化钠和2ml乙二醇放入另一石英舟②中，使乙酸镍与氢氧化钠的摩尔比为3:50，将两个石英舟①和②先后放到的管式炉中，通氮气，以10℃/min的升温速度升温至550℃，保温4h，冷却后，得到NiO/NG/NF复合电极材料。

[0041] 实施例五：

[0042] (1)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪成1cm×1cm大小的正方形片，将泡沫镍放入丙酮中浸泡5min，将泡沫镍取出，再将泡沫镍放入1mol/L的稀盐酸中浸泡5min，最后，将泡沫镍取出分别用去离子水和无水乙醇超声洗涤三次，在60℃的真空干燥箱中干燥；

[0043] (6)称取0.3mmol的乙酸镍溶于3ml乙二醇中，记为溶液a；

[0044] (3)称取0.1g邻菲罗啉溶于2ml乙醇中，记为溶液b；

[0045] (4)将配好的溶液a倒入溶液b，混合均匀后，放入石英舟①中，再将步骤(1)预处理的泡沫镍放入石英舟①中；

[0046] (5)将0.1g氢氧化钠和2ml乙二醇放入另一石英舟②中，使乙酸镍与氢氧化钠的摩尔比为3:25，将两个石英舟①和②先后放到的管式炉中，通氮气，以2℃/min的升温速度升温至450℃，保温6h，冷却后，得到NiO/NG/NF复合电极材料。

[0047] 实施例六：

[0048] (1)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪成1cm×1cm大小的正方形片，将泡沫镍放入丙酮中浸泡5min，将泡沫镍取出，再将泡沫镍放入1mol/L的稀盐酸中浸泡5min，最后，将泡沫镍取出分别用去离子水和无水乙醇超声洗涤三次，在60℃的真空干燥箱中干燥；

[0049] (2)称取0.3mmol的乙酸镍溶于5ml乙二醇中，记为溶液a；

[0050] (3)称取0.007g邻菲罗啉溶于5ml乙醇中，记为溶液b；

[0051] (4)将配好的溶液a倒入溶液b，混合均匀后，放入石英舟①中，再将步骤(1)预处理的泡沫镍放入石英舟①中；

[0052] (5)将0.2g氢氧化钠和2ml乙二醇放入另一石英舟②中，使乙酸镍与氢氧化钠的摩尔比为3:25，将两个石英舟①和②先后放到的管式炉中，通氮气，以2℃/min的升温速度升温至650℃，保温3h，冷却后，得到NiO/NG/NF复合电极材料。

[0053] 图1为利用本发明实施例一所述方法制备的NiO/NG/NF复合电极材料的X射线粉末衍射(XRD)图谱。图中尖锐的衍射峰(标记为#)来自金属镍，弱的衍射峰(标记为*)对应于NiO的衍射峰；

[0054] 图2为利用本发明实施例一所述方法制备的NiO/NG/NF复合电极材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。从图2a可以看出，NiO/NG均匀的生长在三维网状结构的泡沫镍上，从图2b可以看出，所得复合结构是由纳米刺组装而成的树林状，这种结构增加了电极材料的有效面积，有利于电解质的有效传输；

[0055] 图3为本发明实施例一所述方法制备的NiO/NG/NF复合电极材料的充放电性能测试结果。从图(3a，3b)中可以看出，NiO/NG/NF作为电极材料在电流密度为1A/g，2A/g，5A/g，10A/g时，比电容分别为1525F/g,1458F/g,1389F/g,1289F/g，1156F/g。通过NiO、氮掺杂石墨烯、泡沫镍三者复合，可以使所制备的多级网络结构电极材料具有高的比电容；

[0056] 图4为利用本发明实施例一所述方法制备的NiO/NG/NF复合电极材料的循环稳定性测试结果。从图4中可以看出，在电流密度为5A/g充放电循环2000圈后电极的比电容保留率为96％。通过NiO、氮掺杂石墨烯、泡沫镍三者复合，可以使所制备的多级网络结构电极材料具有良好的循环稳定性。

[0057] 上述实施例是本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制。

附图说明

[0013] 图1为利用本发明实施例一所述方法制备的NiO/NG/NF复合电极材料的X射线粉末衍射(XRD)图谱。

[0014] 图2为利用本发明实施例一所述方法制备的NiO/NG/NF复合电极材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。

[0015] 图3为利用本发明所述方法制备的NiO/NG/NF复合电极材料的充放电性能测试结果。

[0016] 图4为利用本发明实施例一所述方法制备的NiO/NG/NF复合电极材料的循环稳定性测试结果。

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