[发明专利]一种高循环稳定性的镍钴硒化物基纳米阵列电极材料制备方法

说明书

本发明涉及电极材料技术，旨在提供一种高循环稳定性的镍钴硒化物基纳米阵列电极材料的制备方法。包括：对碳布进行预处理，去除表面的氧化层和有机基团，提升碳布的电导率。然后，通过溶剂热法在碳布表面生长含钛前驱体，在氩气气氛下热处理得到TiO2‑C纳米棒阵列。再采用水热反应在TiO2‑C表面负载NiCo‑OH前驱体。最后，利用管式炉进行硒化反应，最终得到电极材料。本发明避免了涂布电极的限制，有利于电极材料在柔性器件中的应用。在电极反应过程中，该电极材料受到表面电容和扩散过程的共同作用，因此兼具表面电容型材料的高倍率性能和电池型材料的高比电容特性。并且展现出较快的电荷传输和离子扩散速率，以及非凡的循环稳定性(经过12000次循环，仍保持92.55％的初始比电容)。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，涉及了一种用于超级电容器的纳米棒阵列结构二氧化钛-碳/镍钴硒化物电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器因其具有快速充放电、高功率密度、长循环寿命等特性，在能量转换与存储方面展现出了巨大的应用潜力。柔性、便携、小型化是混合型能量存储设备发展的必然趋势，进一步促进了柔性电极材料与全固态电解液的同步发展。然而，如何在保持高功率密度的前提下，进一步提升器件的能量密度和循环稳定性是柔性混合超级电容器实现应用需要解决的首要问题。

根据电容器能量密度的计算公式：E＝CV2/2，提高电极材料的比电容量和拓宽器件的电压窗口，有助于提升超级电容器的能量密度。因此，制备高比电容的电极材料是获得高性能超级电容器的有效途径之一。过渡金属氢氧化物/氧化物/硫化物/磷化物等过渡金属化合物因其成分形貌可控、比表面积大和理论电容量高等优点能在一定程度上提高器件的能量密度，但其存在导电率较低、在充放电过程中易发生体积膨胀和离子扩散较慢等问题，导致电极的循环稳定性不高。硒(Se)和氧(O)、硫(S)在元素周期表中同属于第六主族，具有类似的化学特性。Se的电导率(1×10-3S m-1)远高于O(1×10-5S m-1)和S(5×10-28Sm-1)，具有更突出的金属特性、更低的电负性和更高的电活性和更快的电化学响应速率。硒化物的高电导率特性使过渡金属硒化物成为了新的研究热点。

为了提升器件的能量密度和循环稳定性，亟需优化调控电极材料的组成、构筑合理的纳米结构，制备具有高比电容和长循环寿命的金属化合物基复合电极材料。一方面，可以通过复合材料各组分之间的协同作用，弥补单一过渡金属硒化物材料的性能缺陷。另一方面，可以利用核壳异质结构、纳米阵列结构、中空结构等特殊形貌，提升电极材料的电化学性能。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种高循环稳定性的镍钴硒化物基纳米阵列电极材料制备方法，通过该方法可以在碳布基底上合成纳米棒阵列结构的TiO2-C@(Ni,Co)Se2复合电极材料，可直接用于组装超级电容器。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高循环稳定性的镍钴硒化物基纳米阵列电极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)取大小合适的碳布进行预处理，干燥后备用；

(2)按照体积比1∶3混合甘油和乙醇，剧烈搅拌直至形成均一透明的溶液；向混合醇溶液中加入一定量钛酸四丁酯，磁力搅拌20分钟；将所得溶液移入带有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，将步骤(1)中所得碳布浸没在溶液中，密封后在180℃保温12～36h。反应结束后，待反应釜冷却至室温，取出碳布，依次置于去离子水和无水乙醇中超声清洗数次，在60℃下真空干燥24h，得到表面生长了钛甘油盐纳米棒阵列基体的碳布(碳布表面变成白色)；

(3)将步骤(2)中所得碳布置于管式炉中间，持续通入氩气，升温至475℃后保温2h；热处理结束后继续通入氩气直至降至室温，得到表面生长了二氧化钛-碳纳米棒阵列基体的碳布(碳布表面变成黑色)；