[发明专利]α-氢氧化钴/硒化钴异质结构电极材料、电极、全固态平面微型超级电容器及制备方法

说明书

本发明提供了一种α‑氢氧化钴/硒化钴异质结构电极材料、电极、全固态平面微型超级电容器及制备方法，首先制备α‑氢氧化钴六方片，以α‑氢氧化钴为前驱体，以硒粉作为硒源，回流加热制备α‑氢氧化钴/硒化钴异质结构电极材料。利用掩模板辅助喷涂法，将α‑氢氧化钴/硒化钴异质结构的电极材料喷涂到集流体上得到电极。在电极表面涂上凝胶电解质，得到全固态平面微型超级电容器。本发明制备的电极材料保持了氢氧化钴和硒化钴纳米片形貌，增大了有效比表面积，增大了材料与电解液的接触面积，且拥有良好的赝电容特性，能储存更多电荷。同时，该电容器的制备方法相较于光刻蚀等方法具有工艺简单、便于控制、加工成本低等优点。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，具体涉及一种α-氢氧化钴/硒化钴异质结构全固态平面微型超级电容器及其制备方法。

背景技术

随着便携式电子器件的快速发展，对体积小、质量轻、功率密度高、寿命优良的储能器件有了更高的要求。其中，微型超级电容器(MSC)具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长等显著优点，其作为新型的绿色环保储能器件受到广泛的关注。根据其结构，微型超级电容器可大致分为平面超级电容器和堆叠式超级电容器。其中，平面微型超级电容器具有传输路径短，易于与小型化的电子设备集成的优点。传统制备平面微型电容器的方法主要有光刻蚀法、电沉积法、印刷法等，通常工艺流程复杂，且制作成本高，效率低，难以大规模地生产。利用掩模板辅助喷涂法制备平面微型超级电容器，其方法高效，制作成本低，流程简单，可操作性强，具有普遍适用性，在现有的制备方法中具有更好的发展空间。

氢氧化钴是一种具有二维层状结构的过渡金属氢氧化物，通常具有较大的有效比表面积，高的化学和机械稳定性，以及良好的电化学能量存储性等特点，可以作为超级电容器和电池的电极材料来使用。但是，用钴盐作为原材料的传统方法制备的氢氧化钴，大多为二维片状材料，其在充放电过程中，容易出现片层堆积的情况，同时其本身导电性较差(通常电导率为1200S/m)，影响其电化学储能性能的实际应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明制备了一种α-氢氧化钴/硒化钴异质结构电极材料，解决氢氧化钴六方片上团聚的问题，以及α-氢氧化钴/硒化钴异质结构电极材料的制备方法，该方法采用α-氢氧化钴作为前驱体，部分转化为硒化钴，使其均匀包覆在氢氧化钴六方片上，制备简单，绿色环保，并且制备的α-氢氧化钴/硒化钴异质结构电极材料能够暴露出更多的活性位点。同时还提供了一种电极及平面微型超级电容器。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种α-氢氧化钴/硒化钴异质结构电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、首先将可溶性钴盐、氯化钠、六亚甲基四胺、蒸馏水加入到三颈烧瓶中搅拌，得到混合液，然后在油浴锅中程序升温，冷凝回流，并伴有磁力搅拌，待反应结束后冷却至室温；经过水和乙醇离心洗涤得到α相氢氧化钴六方片电极材料；

步骤2、将硒粉加入到水合肼中，搅拌至溶解，与步骤1所得的α相氢氧化钴六方片一起转移到三颈烧瓶中，然后在油浴锅中程序升温，冷凝回流，并伴有磁力搅拌，反应过程中用氮气保护，反应结束后冷却至室温，用水和乙醇离心洗涤、真空干燥，得到氢氧化钴/硒化钴异质结构电极材料。

进一步地，步骤1中所述的可溶性钴盐、氯化钠、六亚甲基四胺、水的用量比为0.05～2.0 mol：0.025～0.4mol：0.5～3mol：80～300mL。

进一步地，步骤2中α-氢氧化钴、硒粉、水合肼和溶剂的用量比为0.2～3.0g：0.01～0.2g： 4～30mL：80～300mL。

进一步地，步骤1中所述油浴的温度为80～150℃，反应时间为1～4小时，步骤2中的油浴的温度为100～200℃，时间5～12小时。