[發明專利]一種多孔層狀復合電極材料及制備方法與應用

在審

• 申請號: 201910132748.X
• 申請日: 2019-02-21
• 公開（公告）號: CN109903997A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 朱永剛;陳敏;喬真;姜德立;顧顯平;白雪勇
• 申請（專利權）人: 江蘇先創新能源有限公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 馮燕平

本發明公開了一種多孔層狀復合電極材料及制備方法與應用。通過Hummers法首先制備得到氧化石墨烯(GO)；然后再經過原位生長法制備得到多孔層狀的NiMn?LDH?Cl/RGO復合電極材料。RGO不僅可以作為導電通路改善復合物的導電性，而且可以作為一個理想的生長骨架，防止NiMn?LDH?Cl納米片發生團聚。NiMn?LDH?Cl/RGO/NF復合材料的多孔層狀結構以及NiMn?LDH?Cl納米片和RGO片的界面強作用力有利于充分發揮其電化學活性；該復合材料作為超級電容器電極材料應用時,可用作贗電容電極材料,具有較高的比電容量和倍率充放電性能；同時也可用作超級電容器器件的正極材料。

技術領域

本發明屬于超級電容器電極材料制備技術領域，具體涉及一種以泡沫鎳為基底，以石墨烯為生長骨架的氯離子修飾的鎳錳多孔層狀雙金屬氫氧化物 (NiMn-LDH-Cl/RGO/NF)復合電極材料的制備方法。

背景技術

近年來，超級電容器因具有功率密度高，充放電速率快，循環穩定性能優異等特點被認為是有廣泛應用前景的能量存儲和轉換裝置。電極材料作為超級電容器電能存儲的核心部件，是決定超級電容器性能的關鍵。目前，廣泛應用于超級電容器的電極材料有碳基材料、過渡金屬氧化物/氫氧化物、導電聚合物等。碳基材料通過在雙電層的電極/電解質界面的電荷吸附來儲存能量，但由于靜電表面充電機制的固有限制，能量密度往往較低。然而金屬氧化物/氫氧化物和導電聚合物在電極/電解質界面的法拉第反應快速且可逆，因此它們比碳材料具備更好的超級電容性能。但導電聚合物在長期充放電過程中易產生體積膨脹和收縮，導致循環穩定性較差。為了滿足高性能能量存儲和轉換設備的需求，越來越多的研究都致力于開發基于過渡金屬氧化物/氫氧化物的新型復合電極材料。

層狀雙氫氧化物(LDH)是一類無機多金屬粘土材料，它包含所在層的金屬陽離子和層間陰離子。LDH的通用化學式為[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+[A^n-_x/n]^x-·mH₂O，其中M²⁺和M³⁺是二價和三價陽離子，A^n-是n價的電荷平衡陰離子。LDH由于具有優異的氧化還原活性、靈活的離子交換能力、電化學活性位點多、成本低、環保等特點，被認為是很有潛力的超級電容器電極材料，在超級電容器應用領域取得了顯著的進展。尤其是具有較大層間距的NiMn-LDH表現出了良好的電化學性能。列如，Guo等人通過原位生長法將NiMn-LDH生長于泡沫鎳(NF)上，在2.5Ag^-1電流密度下比電容達到1511F g^-1。然而，由于層狀結構之間的氫鍵相互作用導致顆粒易團聚，使得NiMn-LDH材料比表面積減小，從而影響其超級電容性能。因此解決以上問題是NiMn-LDH材料在實際應用中的關鍵。

發明內容

針對此問題，我們選擇構筑多孔層狀結構的NiMn-LDH-Cl/RGO/NF復合材料以提高其超級電容器性能。石墨烯不僅具有比表面積較大、電導率較好、機械柔韌性和熱/化學穩定性較好等特質，還可以為電化學活性材料提供一個完美的生長骨架。

本發明的目的是提供一種以泡沫鎳為基底，以石墨烯為生長骨架的NiMn- LDH多孔層狀復合電極材料及制備方法。制備得到的多孔層狀 NiMn-LDH-Cl/RGO/NF復合電極材料具有較好的電化學性能與能量密度，可用于制備超級電容器。