[發明專利]三元鎳鈷鐵雙氫氧化物電極材料、制備方法以及超級電容器

在審

• 申請號: 202110692259.7
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113314350A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 趙楠;趙紅江
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/30;H01G11/68;H01G11/86;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

本發明公開了一種三元鎳鈷鐵雙氫氧化物電極材料，以碳布為導電集流體，三元鎳鈷鐵雙氫氧化物納米片密集生長在碳布表面呈交錯相連的網絡狀分布結構；使電極材料具有大的比表面積，為法拉第氧化還原反應的發生提供了大量的電化學活性位點。此外，直接生長在碳布基底上的納米片具有良好的導電性，同時在納米片之間存在大量的孔隙，這為電解液離子的滲入和滲出提供便利，從而為三元鎳鈷鐵雙氫氧化物電極材料具備良好的電化學性能提供重要的結構條件。

技術領域

本發明涉及超級電容器技術領域，具體涉及一種三元鎳鈷鐵雙氫氧化物電極材料、制備方法以及超級電容器。

背景技術

超級電容器的能量密度比電池低，其實際應用受到限制。根據能量密度的理論計算公式，提高電極材料的工作電壓窗口是提高超級電容器能量密度的有效途徑之一。超級電容器的電極材料主要分為雙電層電容材料、贗電容材料和電池型電極材料。目前廣泛研究的電池型電極材料主要包括過渡金屬化合物，如氧化物、氮化物、硫化物、氫氧化物等。其中，雙氫氧化物材料因理論比容量高、制備成本低、無毒性和多重氧化態等優點，被認為是最有潛力的電池型電極材料之一。然而，雙氫氧化物材料同樣存在導電性差，循環穩定性不理想等缺點。研究表明，通過將雙氫氧化物材料直接制備到導電集流體(如碳布、泡沫鎳等)的表面，可有效改善其導電性，但依舊存在其它問題，如倍率性能不理想，穩定性也有待進一步提高。所以開發新型具有良好導電性、高循環穩定性以及高倍率性能的雙氫氧化物材料具有重要意義。

文獻1“An investigation of ultrathin nickel-iron layered doublehydroxide nanosheets grown on nickel foam for high-performance supercapacitorelectrodes.Y.Lu,B.Jiang,L.Fang,F.Ling,F.Wu,B.Hu,F.Meng,K.Niu,F.Lin,H.Zheng,J.Alloy.Compd.,2017,714,63-70”報道了通過水熱法在泡沫鎳表面制備了NiFe-LDH納米片材料。在三電極測試下，電流密度為5A g^-1時，該電極的比容量高達2708F g^-1，然而，在10A g^-1的電流密度下循環500次后，比容量衰減到初始值的42.6％，說明穩定性不理想。

文獻2“Preparation of partially-cladding NiCo-LDH/Mn₃O₄ composite byelectrodeposition route and its excellent supercapacitor performance.N.Zhao,H.Fan,M.Zhang,C.Wang,X.Ren,H.Peng,H.Li,X.Jiang,X.Cao,J.Alloy.Compd.,2019,796,111-119”報道了通過電沉積工藝在泡沫鎳表面制備了NiCo-LDH納米片材料。在三電極測試下，電流密度為1mA cm^-2時，該電極的比容量為766.8C g^-1，而當電流密度提高到20mA cm^-2時，比容量僅為457C g^-1，說明NiCo-LDH納米片電極的倍率性能較差，此外，在25mV s^-1的掃速下進行5000個CV循環測試，發現比容量保持率僅為68％，說明NiCo-LDH納米片電極的穩定性也不理想，故其應用范圍受到限制。

因此，為了解決雙氫氧化物材料電化學性能差的問題，需要一種電化學性能優異的超級電容器的電極材料。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種三元鎳鈷鐵雙氫氧化物電極材料、制備方法以及超級電容器，該電極材料具有優異的電化學性能，能夠解決雙氫氧化物材料電化學性能差的問題。

本發明的三元鎳鈷鐵雙氫氧化物電極材料，以碳布為導電集流體，三元鎳鈷鐵雙氫氧化物納米片密集生長在碳布表面呈交錯相連的網絡狀分布結構；