[发明专利]一种碳布原位生长三明治型核壳电极材料的制备方法

说明书

本发明具体涉及一种碳布原位生长三明治型Co₃O₄@C@CoNi₂S₄电极材料的制备方法。所得的Co₃O₄@C@CoNi₂S₄复合材料具有类似三明治的三层核壳结构，中间层的超薄碳层增强了四氧化三钴的导电性，同时使材料的结构稳定性提高，电沉积的CoNi₂S₄具有较高的比电容，形成三维网络结构为电子和离子传输和渗透提供通道和更多活性位点，从而提高电化学性能。电化学测试结果表明，在电流密度为2 A·g^‑1时，单电极比容量达到2600 F·g^‑1。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料领域，具体涉及一种碳布原位生长三明治型核壳电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种结合了传统电池的高能量存储能力和传统电容器的高功率传输出能力的电化学储能装置，具有快速充放电、高功率密度、循环寿命长、体积小、可回收、环保安全等优点，被广泛应用于电动汽车、便携式电子设备和应急电源等领域，其中电极材料是影响器件性能的关键，具有典型赝电容特征的金属氧化物和硫化物具有环境可靠，廉价易得，存储容量大等优势有望成为部分贵金属的替代品，镍钴硫化物是一种新型的超级电容器电极材料，具有丰富的氧化还原态、高电导率和大的离子传输通道等优点，结合了镍离子与钴离子在充放电过程中快速的氧化还原反应，能达到更高的比容量，但是由于其单一结构设计导致其高效的电容性能不能充分发挥，或者应用传统工艺制备电极，需要加入粘结剂从而降低其电化学性能。将具有高容量的赝电容材料与高导电性的碳材料进行复合是一种广泛应用来提高材料电化学性能的方法。碳材料的加入不仅可以提高赝电容材料的导电性，减小材料的电阻，还可以一定程度上提高材料的电化学稳定性，例如：Shen等（Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1400977）在碳泡沫上生长NiCo₂S₄纳米片制备的复合材料用做超级电容器电极，在三电极体系中获得了1231 F/g (2A/g) 的比电容，且经过2000次充放电后仍然保持 90.4%的放电效率。Wen等人（J. Power. Sources 2016, 320, 28）将NiCo₂S₄与多壁碳纳米管复合，在三电极体系中其比电容可达2080 F/g (1 A/g)，可见，碳材料的引入可大大改善材料的导电性和结构稳定性，从而提高电化学性能。

申请号为 CN201810842895.1 的国家发明专利公开了一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法,具体公开了通过调控复合材料的形貌,使得所制得的石墨烯/镍钴硫化物复合材料作为复合电极材料具有更大的比表面积,从而使其与电解液充分接触，大大提高了电化学性能，但此发明需要将制备的活性物质涂覆在泡沫镍上，需要粘结剂以及电极不具备一定的机械性；申请号为 CN201620874672.X 的中国发明专利公开了一种基于硫化镍钴三维分级纳米结构的赝电容器电极，具体公开了在泡沫镍基底上原位生长的多个硫化钴镍纳米片，纳米片相互连接呈蜂窝状且每片硫化钴镍纳米片上分布着多个纳米级的孔道，使该电极具有三维分级纳米结构，虽然这种稳定的结构提高了电极的倍率性能和循环稳定性，但复杂的制备工艺，且电极不具备柔性，限制了其广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种三明治型Co₃O₄@C@CoNi₂S₄复合材料的结构及制备方法，通过调控复合材料形貌，以得到更多有效的活性位点，使电极材料具有更高的比电容。