[發明專利]一種碳布@片狀鈷鋁水滑石柔性電極的制備方法

有效

• 申請號: 202010370642.6
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111564324B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王艷;趙揚;陳澤祥;周智雨;呂慧芳
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01G11/46
• 分類號: H01G11/46;H01G11/24;H01G11/28;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 張悅

本發明公開了一種碳布@片狀鈷鋁水滑石柔性電極的制備方法，涉及超級電容器柔性電極制備技術領域，解決現有電極容量小和充放電壽命短的問題，本發明包含以下步驟：(1)使用硝酸對碳布進行處理；(2)制備AlOOH溶膠；(3)在處理過的碳布表面包覆AlOOH溶膠，得到CC@AlOOH；(4)利用CC@AlOOH作為模板原位生長得到CC@CoAl?LDH柔性電極；本發明以AlOOH作為模板和鋁源在碳布上原位生長出CoAl?LDH片狀結構一方面可以使CoAl?LDH與碳布接觸更加充分和牢固，從而降低電極內阻；另一方面可以提升CoAl?LDH在碳布上的負載量，使其具有產業化的可能性；所合成的CoAl?LDH呈現納米片狀，具有較大的比表面積，使得所制備的柔性電極具有更大的容量和功率密度。

技術領域

本發明涉及超級電容器柔性電極制備領域，具體涉及一種碳布@片狀鈷鋁水滑石(CC@CoAl～LDH)的柔性電極制備方法。

背景技術

隨著社會的發展，能源短缺問題和環境污染問題越來越嚴峻，開發出具有高性能的新型儲能器件勢在必行。同時，在過去的幾年中，電子設備的一個主要趨勢是可移植性的提高，隨著可穿戴或可折疊電子產品、電子紙、移動電子設備、智能產品等商業化口袋電子設備的普及，現代社會對柔性、廉價、輕便、環保的儲能設備的要求越來越高，目前市場上的柔性電極存在容量低，制備方法復雜等缺點，因此新型高容量的柔性電極亟待發明。

在各種柔性儲能器件中，柔性超級電容器因其具有高功率密度、柔性好、重量輕、形狀靈活、環保等優點而被認為是最有前途的儲能系統之一。在開發新型的柔性電極時，除了關注柔性電極的電化學性能外，還應當特別關注電極的力學和界面性質。通常情況下，柔性電極應具有高導電性，除了所需的柔性外，還應具有較高的表面積。目前使用較多的柔性超級電容器基底主要有金屬基底、碳基紙、普通紙、紡織品等。碳纖維布(Carbon Cloth,CC)具有很高的導電性，柔韌性強，質量輕，制造成本低等特點，是一種出色柔性電極材料，但是由于碳布的比表面積低(低于30m2/g)，內部空隙也不夠大，因此本身提供的雙電層電容較少。

中國專利(CN106206067A)闡述了一種利用水熱反應直接在碳布上合成Co2(OH)2CO3納米陣列的方法，以增加電極比表面積大，提高理論比電容值。但從電化學測試結果可以看出其功率密度和能量密度都不夠理想(0.02mA/cm2電流密度下放電200～300s)。究其根本原因主要是由于其電極存在以下的缺陷：首先，直接使用水熱法在碳布表面生長電極材料會導致電極材料分布不均勻，與基底接觸不充分的問題，從而導致內阻過大，電極材料無法發揮性能。其次，氫氧化鈷電極材料具有α～Co(OH)2和β～Co(OH)2兩種結構，其中α～Co(OH)2具有更高的比容量，但在堿性環境下，α～Co(OH)2能穩定存在，會逐漸轉化為β～Co(OH)2，導致性能下降。

發明內容

本發明的目的在于：針對目前柔性超級電容器存在的問題，提供一種納米片狀鈷鋁水滑石在碳布上均勻分布的柔性電極制備方法，納米片與碳布接觸充分，提高電極的容量和充放電壽命。

為實現上述目的，本發明提供了一種碳布@片狀鈷鋁水滑石柔性電極的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將碳布清洗干燥后置于60～90℃濃硝酸中，處理6～12小時，得到處理后的碳布；

(2)取1～50g異丙醇鋁在60～90℃下溶解于去離子水中，通過加入濃硝酸調節溶液的PH為1～6，繼續攪拌后洗滌干燥后得到AlOOH固體；

(3)取1～20g步驟(2)制得的AlOOH固體，研磨后溶解于0.1～2L水中，60～120℃下攪拌1個小時，滴加5～50ml濃硝酸，60～120℃下回流6個小時，得到AlOOH溶膠；

(4)將步驟(1)處理后的碳布浸泡于步驟(3)中的AlOOH溶膠，重復數次浸泡洗滌干燥，得到CC@AlOOH材料；