[發明專利]一種柔性二硫化鉬/活化碳布復合材料及其制備方法和在柔性超級電容器中的應用

在審

• 申請號: 202110946968.3
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113675005A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 吳丹;賀國文;肖谷清
• 申請（專利權）人: 湖南城市學院
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34;H01G11/86;H01G11/30;H01G11/24
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉

本發明公開了一種柔性二硫化鉬/活化碳布復合材料及其制備方法和在柔性超級電容器中的應用。將碳布通過Hummer’s法氧化，得到氧化碳布，將氧化碳布浸沒于含有鉬源和硫源的混合溶液中，進行水熱反應，即得柔性二硫化鉬/ACC復合材料。該復合材料具有良好的柔韌性和導電性，且可直接組裝成“三明治”型柔性超級電容器，無需額外的集流體，所制備的MoS₂/ACC基超級電容器具有超高的面積電容、可觀的能量密度和循環穩定性，此外，該超級電容器還表現出良好的柔性和較好的耐低溫性能。

技術領域

本發明涉及一種超級電容器電極材料，具體涉及一種柔性MoS₂/ACC復合材料，還涉及其制備方法和在柔性超級電容器中的應用，屬于超級電容器技術領域。

背景技術

隨著化石能源的短缺以及環境污染問題的日益突出，為了尋找可持續發展的新能源以及發展先進的儲能材料，越來越多的人著手于新型儲能裝置—超級電容器的研究。超級電容器擁有功率密度高、循環壽命長、工作溫限寬、充放電效率高等特點，且對環境無污染，是一種公認的新型綠色儲能器件。另一方面，隨著科技的發展，人們對便捷式電子產品的日益增長的需求促使了柔性超級電容器的迅速發展。柔性超級電容器柔性的特征，如可拉伸、可彎曲、可折疊、可編織等，主要依賴于電極材料本身的柔性以及載體(集流體/骨架)的柔性。如導電聚合物和褶皺的石墨烯都具有一定的柔性，可用作柔性超級電容器的電極材料。而一些不具備柔性的活性材料可通過負載在柔性載體(集流體/骨架)上實現柔性，通常可承受一定程度的形變且不影響電化學性能。

二硫化鉬(MoS₂)作為一種典型二維層狀結構的過渡金屬硫化物(TMS)，具有良好的機械性能、不易磨損、耐腐蝕，且具有高比表面積和較高的理論電容值(670mAh g^-1)，在超級電容器中具有潛在的應用前景。MoS₂通常呈粉末狀，不能直接制成自支撐的電極材料，需要借助于柔性基質才能應用于柔性超級電容器中。但由于MoS₂本身易聚集、導電性較差以及結構在循環過程中的不穩定等問題，MoS₂作為電極材料時，理論電容值利用率很低，且循環穩定性和倍率性能并不能令人滿意。

碳布(CC)是一種價格低廉、導電性能優良的紡織品，具有良好的機械彈性和強度，通常備用做鋰電和超級電容器的柔性基質。有研究表明，用碳布作為二硫化鉬的柔性基質制備二硫化鉬/碳布復合材料，能夠改善二硫化鉬的電導率和電性能。然而，一方面，由于CC本身的電容較低(1-2F/g)，且其本身的重量嚴重影響的整個器件的電容，所制備的電極的面積電容仍然不夠理想。另一方面，生長在碳布上的二硫化鉬由于結合力不強，容易脫落，尤其是在器件發生彎曲扭曲時容易發生剝離，導致器件的倍率性能差，柔性差。因此，如何提高柔性基質碳布的電容的同時提高碳布與二硫化鉬之間的相互作用力，讓二硫化鉬均勻穩固地生長在碳布上，從而獲得高性能的二硫化鉬基柔性超級電容器仍具有挑戰。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的第一個目的是在于提供一種柔性二硫化鉬/活化碳布(MoS₂/ACC)復合材料，該復合材料以ACC作為柔性基質與MoS₂原位復合而成，活化碳布本身具有較為優異的電化學性能和柔性，不但賦予了復合材料良好的柔韌性，而且可以將MoS₂高度分散負載，彌補MoS₂易團聚的缺陷，并提高MoS₂的導電性，同時ACC與MoS₂原位復合，避免了使用粘接劑從而更加提高材料的導電性，從而有利于獲得高性能柔性超級電容器。

本發明的第二個目的是在于提供一種柔性二硫化鉬/ACC復合材料的制備方法，該方法操作簡單，成本低，有利于大規模生產。

本發明的第三個目的是在于提供一種柔性二硫化鉬/ACC復合材料的應用，將其用于制備柔性超級電容器無需額外的集流體，制備的超級電容器具有優異的比電容、可觀的能量密度和循環穩定性，同時該超級電容器還表現出良好的柔性和較好的耐低溫性能。