[發明專利]一種適用于碳布基柔性超級電容器電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810552364.9
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108766776B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 范金辰;高嘉露;閔宇霖;朱晟;時鵬輝;徐群杰
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發明提供了一種適用于碳布基柔性超級電容器電極材料的制備方法，將商業碳布清洗干凈后放入硝酸鎳、硝酸鈷和尿素的混合水溶液中于反應釜中進行水熱反應，再經清洗烘干處理后于空氣氛圍下煅燒，得到長有鈷酸鎳納米針陣列的碳布，再置于四硫代鎢酸銨的二甲基甲酰胺溶液中于反應釜中進行第二步水熱反應，經清洗烘干處理后置于氮氣氛圍下煅燒，成功制得鈷酸鎳和二硫化鎢核殼納米線負載的柔性電極材料。本發明制作工藝簡單，負載在柔性碳布基底上可以不需要粘結劑和導電劑直接用作電極，雙電層和贗電容復合極大的提高了電容性能，擁有較高的比電容，在未來的儲能領域擁有較好的發展前景。

技術領域

本發明屬于電學領域，涉及一種柔性電極材料，具體來說是一種適用于碳布基柔性超級電容器電極材料的制備方法。

背景技術

超級電容器，介于二次電池和傳統靜電電容器的新型儲能器件，由于具有高功率密度，短的充放電時間和長的使用壽命，從而被認為具有成為下一代能量存儲與轉換器件的巨大潛力。近年來，超級電容器的研究方向不僅僅是開發出新的電極材料，也包括了超級電容器器件的組裝與性能優化。隨著柔性電子科學及電子產品小型化技術的快速發展，可穿戴、可折疊、柔性、便攜式電子設備越來越受青睞，開發能為之提供能量的輕、薄、柔性的高性能儲能器件成為當前學術界和產業界的研究熱點，而柔性超級電容器則是其中最具發展潛力的方向之一。許多小型可穿戴智能設備以及各種微型生物植入器件，均要求功能設備在各種形變情況下均可穩定使用，而傳統的硬質儲能器件一般不能滿足這些條件，極大限制了這些微型器件的使用效率和發展。因此在柔性電子產品、可穿戴、微型生物器件等領域，亟需開發與之相匹配的柔性儲能器件。將活性材料負載或原位生長在多孔化的柔性基底上能消除傳統壓片工藝和添加粘結劑對器件電容性能和穩定性的負面影響。因此，柔性并且輕便的儲能裝置將有很大的市場需求，作為現在深受關注的儲能器件之一的柔性超級電容器將會有很大的發展潛力。

三元金屬氧化物鈷酸鎳(NiCo₂O₄)因其高的電化學活性、好的導電率以及環境友好等特點而被認為是非常有前景的超級電容器電極材料。然而,在實際的電極反應中，由于NiCo₂O₄電極材料的利用率低、孔結構不均勻以及結構不穩定等因素大大降低了NiCo₂O₄的應用。過渡金屬硫化物納米材料WS₂，具有類石墨烯的二維層狀結構、大的比表面積和良好的導電性能。將兩種材料復合成核殼結構用來增加其比表面積和反應動力學性質，在保持結構穩定性的同時還能有效提高電極材料利用率和電荷存儲能力。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種適用于碳布基柔性超級電容器電極材料的制備方法，所述的這種適用于碳布基柔性超級電容器電極材料的制備方法要解決現有技術中的柔性超級電容器比容量不高、電化學性能不強的技術問題。

本發明提供了一種適用于碳布基柔性超級電容器電極材料的制備方法，通過水熱法在柔性碳布上生長鈷酸鎳/二硫化鎢核-殼結構納米線，得到碳布負載鈷酸鎳/二硫化鎢-核殼結構納米線復合材料，即適用于碳布基柔性超級電容器電極材料。

進一步的，上述的一種適用于碳布基柔性超級電容器電極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將商業碳布剪成塊，依次用0.1 ~ 2 mol/L H₂SO₄、雙蒸水和乙醇超聲清洗干凈；

2)稱取硝酸鎳、硝酸鈷和尿素溶解在雙蒸水中，硝酸鎳、硝酸鈷和尿素的質量比為1:1:1~1:2:10，攪拌10~60分鐘；

3)將上述溶液轉移入反應釜中，將步驟1）清洗干凈的碳布放入，水熱100~180℃反應4-20小時，碳布取出后依次用雙蒸水和乙醇清洗干凈，在300~500℃空氣氣氛以1-10℃/min升溫速率退火1-6小時；