[發明專利]分級結構聚吡咯/NiCoAl-LDH/棉纖維柔性電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202211523880.1
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN115787300A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 高黨鴿;朱佳敏;陳肯;呂斌;馬建中
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: D06M15/37
• 分類號: D06M15/37;H01G11/22;H01G11/86;H01G11/24;H01G11/30;D06M11/49;D06M11/45;D06M101/06
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

本發明為一種分級結構聚吡咯/NiCoAl?LDH/棉纖維柔性電極材料的制備方法，其克服了現有技術中存在的如何賦予棉纖維導電及電容性能的問題。本發明包括以下步驟：首先在生物質棉纖維基底上原位生長鈷基金屬有機骨架(ZIF?67)，之后以其為自犧牲模板，通過引入六水合硝酸鎳、九水合硝酸鋁衍生鎳鈷鋁金屬氫氧化物(NiCoAl?LDH)納米陣列；進而引入吡咯為原料、FeCl₃·6H₂O為氧化劑，在NiCoAl?LDH/棉纖維上進行化學氧化聚合，將聚吡咯生長在NiCoAl?LDH納米陣列上形成分級結構，獲得聚吡咯/NiCoAl?LDH/棉纖維電極材料。本發明在棉纖維基底上設計合成了具有豐富孔隙結構的NiCoAl?LDH陣列，為電極材料中的聚吡咯分子鏈提供相變空間，防止其在充放電過程中脫摻雜導致電化學性能的衰減。

技術領域：

本發明屬于柔性電子技術領域，涉及一種柔性超級電容器電極材料的制備方法，尤其是涉及一種分級結構聚吡咯/NiCoAl-LDH/棉纖維柔性電極材料的制備方法。

背景技術：

可穿戴電子產品逐漸進入人們的日常生活，傳統的剛性儲能器件已無法滿足柔性可穿戴電子器件的儲能需求。柔性超級電容器由于其儲能能力高、安全性佳、耐彎折等特性，能夠很好地適用于可穿戴電子器件。電極材料是超級電容器的主要組成部分，開發高性能柔性電極材料勢在必行。

纖維基柔性電極材料具有質輕、可彎曲、可大規模集成等特點，能夠更好地實現柔性儲能器件的可穿戴。棉纖維的柔性優異、機械靈活性高，是制備柔性超級電容器電極材料的理想基材之一。然而棉纖維屬于絕緣材料，如何賦予其導電及電容性能成為關鍵問題。

聚吡咯是一種導電聚合物，具有較高的電導率和電容性能，且與基材的相容性很好，將其與棉纖維復合可以制備柔性電極材料。然而，聚吡咯在反復充放電過程中存在體積的膨脹和收縮，導致分子鏈容易脫摻雜，從而失去電化學活性，導致電極材料使用壽命嚴重縮短。

以金屬有機骨架(MOFs)為模板衍生的三維雙金屬氫氧化物(LDHs)是一種形貌結構可調、比電容高的新型電極材料，通過合理的設計能夠形成高比表面積且孔隙豐富的核殼、中空框架、微球等結構，從而提高電極材料的穩定性和電化學性能。研究者將導電聚合物與穩定性優異的三維LDHs復合，能夠有效防止導電聚合物脫摻雜[Yu J,Yao D,Wu Z D,et al.ACS Appl.Energy Mater,2021,4:3093-3100.]。然而在這些研究中，僅通過在泡沫鎳、碳纖維布等柔性基底上涂覆、打印活性材料的方式制備電極材料，使用時容易發生活性材料聚集且與基底的結合牢度不強的問題。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種分級結構聚吡咯/NiCoAl-LDH/棉纖維柔性電極材料的制備方法，其克服了現有技術中存在的如何賦予棉纖維導電及電容性能的問題，本發明賦予棉纖維良好的導電、比電容、循環穩定性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種分級結構聚吡咯/NiCoAl-LDH/棉纖維柔性電極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

首先在生物質棉纖維基底上原位生長鈷基金屬有機骨架ZIF-67)，之后以其為自犧牲模板，通過引入六水合硝酸鎳、九水合硝酸鋁衍生鎳鈷鋁金屬氫氧化物(NiCoAl-LDH)納米陣列；進而引入吡咯為原料、FeCl₃·6H₂O為氧化劑，在NiCoAl-LDH/棉纖維上進行化學氧化聚合，將聚吡咯生長在NiCoAl-LDH納米陣列上形成分級結構，獲得聚吡咯/NiCoAl-LDH/棉纖維電極材料。

上述方法包括以下步驟：

步驟一：(ZIF-67)_n/棉纖維的制備：