[发明专利]一种基于蛋黄壳结构的镍钴硫电极材料、制备方法及超级电容器

说明书

一种基于蛋黄壳结构的镍钴硫电极材料，包括溶剂、乙炔黑和镍钴硫化物/碳纳米管复合材料；镍钴硫化物/碳纳米管复合材料具有蛋黄壳纳米球结构；镍钴硫化物/碳纳米管复合材料占电极材料总重量的70%‑90%；镍钴硫化物/碳纳米管复合材料中镍钴硫化物与碳纳米管的重量比为2:1‑6:1。在本发明中制备的新型镍钴硫化物与碳纳米管复合材料作为混合型超级电容器正极材料，展现出优异的电化学性能，具有比容量高、并且倍率性能好的优点。

技术领域

本发明涉及一种超级电容器，尤其涉及一种比容量高并且倍率性能好的基于蛋黄壳结构的镍钴硫电极材料、制备方法及超级电容器。

背景技术

为了满足日益增长的市场能源需求，研究者致力于研究具有高功率密度，同时具有杰出的能量密度的储能器件的电极材料，推动了可再生储能系统的可持续发展。近年来，电池型电极材料在储能领域中吸引广大研究者的注意，如过渡金属氧化物和硫化物等材料。电池型电极材料的储能机理与赝电容型电极材料相似，被认为具有高潜能的混合型超级电容器电极材料。比如RuO₂，NiO和Co₃O₄，这类过渡金属氧化物具有高比容量。镍钴氧化物(NiCo₂O₄)由于其卓越的储能性能，杰出的循环稳定性和低电阻等优势受到广泛关注。与单金属氧化物相比，多元金属氧化物具有更丰富的氧化态，提供更充足的氧化还原反应活性位点。金属硫化物与金属氧化物具有相似的结构，由于其具有更为优秀的储能性能和相对较高的电导率，进一步成为研究焦点。镍钴硫化物(NiCo₂S₄)是电池型电极材料的杰出代表，该材料具有灵活的结构和相对较高的电导率，有利于电子快速传输。纳米片，纳米颗粒，纳米球等结构已经被广泛研究，然而，这类复杂的空心球结构的制备与其电导率的提高仍然是巨大的挑战。

碳材料已经被广泛用于超级电容器负极材料。碳纳米管由于其高电导率，电化学稳定性，低质量密度和大比表面积等优点有望成为理想的储能器件。而且，碳纳米管卓越的导电性有利于电化学过程中的高电荷传输，是提高电极材料稳定性的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比容量高、并且倍率性能好的基于蛋黄壳结构的镍钴硫电极材料、制备方法及超级电容器。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于蛋黄壳结构的镍钴硫电极材料，包括溶剂、乙炔黑和镍钴硫化物/碳纳米管复合材料；所述镍钴硫化物/碳纳米管复合材料具有蛋黄壳纳米球结构；所述镍钴硫化物/碳纳米管复合材料占电极材料总重量的70%-90%；所述镍钴硫化物/碳纳米管复合材料中镍钴硫化物与碳纳米管的重量比为2:1-6:1。

上述的基于蛋黄壳结构的镍钴硫电极材料，优选的，所述乙炔黑的重量占电极材料总重量的5%-15%。

上述的基于蛋黄壳结构的镍钴硫电极材料，优选的，所述溶剂包括N-甲基-吡咯烷酮溶解的聚偏二氟乙烯溶液，所述溶剂的重量占电极材料总重量的5%-15%。

一种基于蛋黄壳结构的镍钴硫电极材料的制备方法，包括以下步骤，

1）镍钴硫化物/碳纳米管复合材料的制备，在异丙醇和丙三醇的混合溶液中溶解5mmol/L的 Co(NO₃)₂·6H₂O，2.5 mmol/L的Ni(NO₃)₂·6H₂O和羧基碳纳米管；超声搅拌均匀形成黑色悬浊液；

2）将步骤1）的黑色悬浊液移入到反应釜中，在150-200℃的温度下反应6小时以上，并且冷却至室温；

3）离心分离后得到碳纳米管支撑的前驱体沉淀，并且将前驱体沉淀在100℃的温度下干燥2小时以上；

4）将步骤3）得到的前驱体沉淀通过超声振荡溶解在硫代乙酰胺乙醇溶液中，随后在150-200℃的温度下反应6小时以上；