[发明专利]改性钴锰-层状双金属氢氧化物电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性钴锰‑层状双金属氢氧化物电极材料及其制备方法和应用，其中，所述改性钴锰‑层状双金属氢氧化物电极材料包括钴锰‑层状双金属氢氧化物和改性剂，其中，所述改性剂为选自聚噻吩和聚苯胺中的至少之一。由此，该改性钴锰‑层状双金属氢氧化物电极材料的结构稳定性和电化学性能好且电化学阻抗较低，从而将其用于储能装置可以提高储能设备的能量密度和功率密度。

技术领域

本发明属于储能领域，具体涉及一种改性钴锰-层状双金属氢氧化物电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，大量煤、石油、天然气等不可再生能源被消耗，因而会对环境造成不可逆的破坏与严重的污染。近年来，人们致力于研究开发清洁可再生能源，如风能、地热能和潮汐能等。而要使用这些清洁可再生能源，需先将其进行储存，常见的储能装置有电池与电容器两种：其中，电池的能量密度较高，但功率密度较低；电容器的功率密度较高，而能量密度较低。如何制得高能量密度与功率密度的储能装置成为了研究的热点与难点。

层状双金属氢氧化物是一类由过渡金属阳离子与层间阴离子组成的具有规整结构的化合物，包括水滑石和类水滑石两种，是一种重要的无机金属功能材料。该材料层板是由二价、三价过渡金属元素与氢氧根组成，层与层之间依靠静电进行结合。因其特殊的结构，使得其具有组成可调、层板元素分散性好和比表面积较大的优势，可以提供大量的电化学反应活性位点，是一种理想的电极材料。然而目前制备层状双金属氢氧化物的方法主要有水热法和电沉积法，其中水热法制备层状双金属氢氧化物需要在高温高压条件下，制备条件苛刻，制备过程复杂，商业化潜力较小；电沉积法制备层状双金属氢氧化物需要消耗电能，且制得层状双金属氢氧化物与载体结合在一起，产量较小，不适合大批量的工业化生产。同时现有的层状双金属氢氧化物在通过多次充放电以后，结构破坏较大，循环稳定性较差，需要对其进行改性以提升其综合性能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种改性钴锰-层状双金属氢氧化物电极材料及其制备方法和应用，该改性钴锰-层状双金属氢氧化物电极材料的结构稳定性和电化学性能好且电化学阻抗较低，从而将其用于储能装置可以提高储能设备的能量密度和功率密度。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种改性钴锰-层状双金属氢氧化物电极材料。根据本发明的实施例，所述改性钴锰-层状双金属氢氧化物电极材料包括：钴锰-层状双金属氢氧化物和改性剂，其中，所述改性剂为选自聚噻吩和聚苯胺中的至少之一。由此，该改性钴锰-层状双金属氢氧化物电极材料通过在钴锰-层状双金属氢氧化物中引入聚噻吩和聚苯胺，聚噻吩和聚苯胺可以有效提升钴锰-层状双金属氢氧化物的结构稳定性和电化学性能，并且降低钴锰-层状双金属氢氧化物的电化学阻抗，从而将该改性钴锰-层状双金属氢氧化物电极材料用于储能装置可以提高储能设备的能量密度和功率密度。

另外，根据本发明上述实施例的改性钴锰-层状双金属氢氧化物电极材料还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述钴锰-层状双金属氢氧化物和所述改性剂质量比为125：(1～20)。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备改性钴锰-层状双金属氢氧化物电极材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)伴随着搅拌，将含有可溶性钴盐和可溶性锰盐的混合金属盐与沉淀剂在烧杯中进行混合，然后进行老化、洗涤、干燥和研磨，以便得到钴锰-层状双金属氢氧化物晶种；

(2)将所述钴锰-层状双金属氢氧化物晶种与改性剂单体和氯化铁混合反应后进行过滤、洗涤和干燥，以便得到含有钴锰-层状双金属氢氧化物和改性剂的复合晶种，其中，所述改性剂单体为噻吩和苯胺中的至少之一；

(3)在烧杯中，将所述复合晶种的一部分分散在水中，然后加入含有可溶性钴盐和可溶性锰盐的混合金属盐、所述沉淀剂和所述复合晶种的另一部分进行混合，以便得到改性钴锰-层状双金属氢氧化物电极材料。