[发明专利]负载氢氧化镍和钴酸镍的碳纳米纤维复合材料

说明书

本发明公开一种负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。该复合材料中，碳纳米纤维同时均匀负载有钴酸镍纳米晶和氢氧化镍纳米片，其中钴酸镍纳米晶均匀镶嵌在碳纳米纤维内部，共同构成碳纳米纤维骨架，氢氧化镍纳米片垂直交错布设在碳纳米纤维骨架表面。其制备为：(1)得到含有有机碳源、钴源和镍源的碳纳米纤维前驱体；(2)将步骤(1)产品在惰性气体氛围下煅烧；(3)煅烧产物表面生长氢氧化镍即得最终产品。该复合材料比表面积大，结构稳定，电化学性能优良，其中在2A g^‑1电流密度下，比容可高达1926F g^‑1，可用于超级电容器阳极材料。

技术领域

本发明属于电极材料合成技术领域，具体涉及一种负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器是当前最热门的储能设备，它包括两种不同类型的能量存储机制：电电双层电容器和赝电容电容器，以其高功率密度、长寿命、高功率输出、高功率输出等突出优点成为最有前途的候选之一。随着电子器件和混合动力电动汽车的快速发展，组装拥有高能量密度、快速充放电性能和更高的增长和上行潜力的超级电容器是解决当前社会快速增长的对环境友好型可再生能源装置的迫切需求的有效方法。目前，人们对合理选择电极材料和合理匹配不同的电极材料在优化超级电容器性能方面具有更大的发展潜力和优势的观点进行了更多的研究。一方面，合理设计电化学电容高、电化学导电率高、比表面积大、平均孔率分布好的电极材料是成功平衡率密度与能量密度矛盾的一个很好的选择。另一方面，以不同体系中的电极材料做复合材料为阳极材料，制备水性非对称超电容器，拓宽电压窗口，也有利于提高能量密度和功率密度。因此，谨慎、明智地选择电极材料是进一步改善和改善超级电容器中仍然存在的不足的先决条件。

镍钴氧化物及其氢氧化物复合材料因其具较高的有理论比电容、低成本、形态多样等特点，已成为近年来超级电容器赝电容材料研究的一个热点。然而，差的导电性以及他们的结构不稳定性极大阻碍了镍钴复合材料在超级电容器领域的发展。因此探索高性能新型导电结构的镍钴复合材料，提高其实际电容，促进其在生产和生活中的应用具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。该复合材料中，钴酸镍纳米晶均匀镶嵌在碳纳米纤维内部，共同构成碳纳米纤维骨架，氢氧化镍纳米片垂直交错布设在碳纳米纤维骨架表面，表现出高的电化学性能和循环稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

提供一种负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料，碳纳米纤维交织成网状，且同时均匀负载有钴酸镍纳米晶和氢氧化镍纳米片，其中钴酸镍纳米晶均匀镶嵌在碳纳米纤维内部，共同构成碳纳米纤维骨架，氢氧化镍纳米片垂直交错布设在碳纳米纤维骨架表面。

按上述方案，钴酸镍纳米晶的平均粒径为3-10nm。

按上述方案，氢氧化镍纳米片的厚度0.5-1nm，纵向长50-150nm。

按上述方案，碳纳米纤维直径为100-150nm。

按上述方案，碳、钴和镍的质量百分数分别为：碳5-65％钴5-20％，镍10-50％。

上述负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)经过静电纺丝得到含有有机碳源、钴源和镍源的碳纳米纤维前驱体；

(2)将步骤(1)得到的碳纳米纤维前驱体在惰性气体氛围下煅烧，得到负载钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料；

(3)将步骤2)所得的负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料表面生长氢氧化镍纳米片即得负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料。