[發(fā)明專利]一種NiFe-LDH/Co-CNTs納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110374844.2
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113113615B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐竹瑩;胡勇;沈峻嶺
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M12/08
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 賈耀淇

本發(fā)明涉及可充鋅空電池空氣電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種NiFe?LDH/Co?CNTs納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。通過以鈷鹽、2?甲基咪唑為反應(yīng)原料，以碳布為基底生長得到Co?ZIF納米片后經(jīng)碳化得Co?CNTs/CC納米材料；然后在鎳鹽、鐵鹽混合溶液中進行水熱反應(yīng)，得到Co?CNTs表面包裹NiFe?LDH的NiFe?LDH/Co?CNTs納米復(fù)合材料。所述材料具有高雙功能活性、高功率密度、高穩(wěn)定性；應(yīng)用于可充鋅空電池，功率密度為194mWcm^?2，具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率和循環(huán)穩(wěn)定性，作為一體化空氣電極組裝柔性鋅空電池時，達到142mWcm^?2的最大功率密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可充鋅空電池空氣電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種NiFe-LDH/Co-CNTs納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋅空電池的能量密度高，鋅陽極成本低、環(huán)保，陰極的活性物質(zhì)來源于空氣，具有很好的應(yīng)用前景，然而鋅空電池的可充電性能較差，實現(xiàn)實際應(yīng)用仍是一個巨大的挑戰(zhàn)。空氣電極作為鋅空電池的核心部件，不但決定鋅空電池的動力學性能，而且對鋅空電池的充放電效率和循環(huán)壽命等起到了重要的作用。因此研究高效耐用的空氣電極材料對高性能鋅空電池的實際應(yīng)用具有較大的社會效益和經(jīng)濟意義。

目前可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展使柔性鋅空電池備受關(guān)注，這要求電池在保持高性能的同時具有機械柔性，故而電池的設(shè)計需要同時關(guān)注其電化學性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。《Advanced Materials》(2020年，2卷，2003313頁)公開報道了一體化空氣電極可以避免粘結(jié)劑的使用，利于活性物質(zhì)與集流體緊密接觸。對一體化電極已有廣泛研究，如《Small》(2021年，17卷，2007334頁)公開報道了通過水熱法在碳布上合成NiFe-LDH，析氧性能優(yōu)異，《Advanced Science》(2019年，6卷，1802243頁)公開報道了在碳布上生長Co-MOF，煅燒后具有較好的氧還原性能。然而目前制備的一體化電極材料無法兼具高雙功能活性，組裝的鋅空電池性能不足。通過簡便的方法制備具有高雙功能活性、高功率密度、高穩(wěn)定性的一體化空氣電極材料應(yīng)用于鋅空電池還沒有被報道。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種NiFe-LDH/Co-CNTs納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。該材料具有高的雙功能活性，組裝的鋅空電池具有優(yōu)異的功率密度和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一，一種NiFe-LDH/Co-CNTs納米復(fù)合材料，由Co-CNTs表面包裹NiFe-LDH形成NiFe-LDH/Co-CNTs納米復(fù)合材料。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二，上述NiFe-LDH/Co-CNTs納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：以鈷鹽、2-甲基咪唑為反應(yīng)原料，以碳布為基底生長得到Co-ZIF納米片后經(jīng)碳化得Co-CNTs/CC納米材料；然后在鎳鹽、鐵鹽混合溶液中進行水熱反應(yīng)，得到Co-CNTs表面包裹NiFe-LDH的NiFe-LDH/Co-CNTs納米復(fù)合材料。

進一步地，具體包括以下步驟：

(1)Co-ZIF/CC的制備：將碳布浸沒于由鈷鹽水溶液和2-甲基咪唑水溶液組成的混合溶液A中陳化后取出清洗干燥得Co-ZIF/CC；

(2)Co-CNTs/CC的制備：在雙氰胺存在的條件下將Co-ZIF/CC在氮氣氛圍中進行二段煅燒得Co-CNTs/CC納米材料；

(3)NiFe-LDH/Co-CNTs的制備：Co-CNTs/CC納米材料浸沒于溶解有鎳鹽、鐵鹽和尿素的混合溶液B中進行水熱反應(yīng)后洗滌干燥得NiFe-LDH/Co-CNTs。

進一步地，所述步驟(1)中，鈷鹽水溶液的濃度為5-20g/L的硝酸鈷水溶液，2-甲基咪唑水溶液的濃度為25-50g/L，混合溶液A中鈷鹽水溶液和2-甲基咪唑水溶液的混合體積比為1：1；陳化時間2-6h，干燥溫度80℃，干燥時間6h。