[发明专利]一种镍钴-硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种镍钴‑硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法及应用，所述制备方法以经过预处理的泡沫镍为基底，再通过电化学沉积法在多孔泡沫镍基底上生长镍钴‑硫化物。该工艺利用电化学共沉积的方法实现了镍掺杂，进一步优化了单一电极材料的电化学性能。同时，通过电化学法生长镍钴‑硫化物不仅可以使电极材料表面形貌更加均匀，还可以免除电极粘结剂的使用，进一步提高复合电极材料的导电性，进而得到阻抗小，比电容高的电极材料。利用该工艺制备的镍钴‑硫化物/泡沫镍电极材料在超级电容器领域具有潜在应用。

技术领域

本发明涉及一种电极材料的制备方法及应用，尤其涉及一种镍钴-硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法及应用。

背景技术

近年来，能源短缺和环境污染问题日益严重。为了缓解能源危机，人们开发了太阳能、风能和其他形式的可再生能源来补充能源需求。同时，怎样开发出与高效的能源存储和转换相关的新技术也迫在眉睫。

目前，已经有很多具有前景的电化学装储能装置得到广泛研究，例如超级电容器(SCs)、锂/钠/铝/钾/锌(Li/Na/Al/K/Zn)离子电池(LIBs/SIBs/AIBs/PIBs/ZIBs)、锌空气电池(ZABs)、Li-O₂电池(LOBs)、Li/Al-S电池(LSBs/ASBs)等。超级电容器因具有优异的循环能力、高功率密度和快速充放电等优点在过去几十年的研究中备受关注，被认为是非常具有前景的电化学储能装置。

近期的研究集中在寻找具有优异电化学性能且廉价的电极材料。过渡金属硫化物，具有多种价态和不同的纳米结构加上其出色的电容性能和价格低廉的优点，被广泛用作各类储能装置的电极材料。其中钴、镍硫化物较其氧化物具有更好的延展性和更为复杂的晶体结构，这些特点使得它们在工作时可以有效缓解电极材料的体积效应并提供更多反应位点，有效地提高材料的电化学性能同时，具有多种价态也保证其在各种电解质中能够充分发生氧化还原反应，再加上带隙可调、环境友好的优点，钴、镍硫化物电极材料也是近几年研究的热门材料。

现有技术中，应用到超级电容器中的镍钴硫化物主要通过水热法制备，制备过程能耗高、制备周期长且可控性差。因此，很有必要发明一种制备周期长、可控性高且能充分发挥过渡金属硫化物电化学性能的电极材料。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种高效制备高性能镍钴-硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的方法，可以大幅度提升超级电容器电极材料的比电容和倍率性能；本发明的另一目的在于提供一种镍钴-硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料在超级电容器中的应用。

技术方案：为实现上述目的，本发明所述镍钴-硫化物/泡沫镍无粘结剂电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硫脲溶解于溶剂中得到均匀的硫脲溶液，加入六水合氯化镍和六水合氯化钴，搅拌使其充分反应，得到电化学沉积前驱体溶液；

(2)利用电化学共沉积法在洗净的泡沫镍表面生长镍钴-硫化物，沉积结束后将其洗涤，烘干，即可得到镍钴-硫化物/泡沫镍复合电极材料Ni-Co-S。

进一步地，所述泡沫镍表面生长的镍钴-硫化物形貌为空心纳米花状球。

进一步地，所述泡沫镍(NF)预先用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗得到洁净的泡沫镍基底，干燥后备用。

进一步地，所述步骤(1)中，所述硫脲溶液的浓度为0.75-0.85mM；所述电化学沉积前驱体溶液中六水合氯化钴和六水合氯化镍的浓度分别为5-6mM、7.5-8.5mM。

进一步地，所述步骤(1)中，搅拌的时间为1-2h，速率为500-1000rpm。

进一步地，所述步骤(2)中，所述的电化学沉积参数包括：电压窗口为1.2～0.2V；沉积速率为0.005V/s；沉积时间1-3h(对应沉积圈数为15～45圈)。