三元镍钴铁双氢氧化物电极材料、制备方法以及超级电容器

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种三元镍钴铁双氢氧化物电极材料、制备方法以及超级电容器。

背景技术

超级电容器的能量密度比电池低，其实际应用受到限制。根据能量密度的理论计算公式，提高电极材料的工作电压窗口是提高超级电容器能量密度的有效途径之一。超级电容器的电极材料主要分为双电层电容材料、赝电容材料和电池型电极材料。目前广泛研究的电池型电极材料主要包括过渡金属化合物，如氧化物、氮化物、硫化物、氢氧化物等。其中，双氢氧化物材料因理论比容量高、制备成本低、无毒性和多重氧化态等优点，被认为是最有潜力的电池型电极材料之一。然而，双氢氧化物材料同样存在导电性差，循环稳定性不理想等缺点。研究表明，通过将双氢氧化物材料直接制备到导电集流体(如碳布、泡沫镍等)的表面，可有效改善其导电性，但依旧存在其它问题，如倍率性能不理想，稳定性也有待进一步提高。所以开发新型具有良好导电性、高循环稳定性以及高倍率性能的双氢氧化物材料具有重要意义。

文献1“An investigation of ultrathin nickel-iron layered doublehydroxide nanosheets grown on nickel foam for high-performance supercapacitorelectrodes.Y.Lu,B.Jiang,L.Fang,F.Ling,F.Wu,B.Hu,F.Meng,K.Niu,F.Lin,H.Zheng,J.Alloy.Compd.,2017,714,63-70”报道了通过水热法在泡沫镍表面制备了NiFe-LDH纳米片材料。在三电极测试下，电流密度为5A g

文献2“Preparation of partially-cladding NiCo-LDH/Mn

因此，为了解决双氢氧化物材料电化学性能差的问题，需要一种电化学性能优异的超级电容器的电极材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三元镍钴铁双氢氧化物电极材料、制备方法以及超级电容器，该电极材料具有优异的电化学性能，能够解决双氢氧化物材料电化学性能差的问题。

本发明的三元镍钴铁双氢氧化物电极材料，以碳布为导电集流体，三元镍钴铁双氢氧化物纳米片密集生长在碳布表面呈交错相连的网络状分布结构；

进一步，包括以下步骤：将碳布置于电解液中，在三电极体系下，采用恒电压沉积工艺在碳布表面制备生长三元镍钴铁双氢氧化物纳米片；

进一步，所述电解液为Ni(NO

进一步，所述电解液中，Ni(NO

进一步，以碳布作为工作电极，Pt片为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极形成三电极体系；

进一步，所述恒电压沉积工艺中，沉积电压为-0.8～-1.2V，沉积时间为50～1000s；

进一步，在碳布表面生成三元镍钴铁双氢氧化物纳米片后经清洗、真空干燥制得三元镍钴铁双氢氧化物纳米片材料；

进一步，所述洗涤剂为去离子水和乙醇溶剂的混合物；

进一步，真空干燥的温度为50～80℃，干燥时间为2～6小时。

本发明公开一种超级电容，该超级电容的电极材料为三元镍钴铁双氢氧化物电极材料。

本发明的有益效果是：本发明公开的三元镍钴铁双氢氧化物电极材料，三元镍钴铁双氢氧化物纳米片密集地生长在碳布表面，交错相连呈网络状分布状态，使电极材料具有大的比表面积，为法拉第氧化还原反应的发生提供了大量的电化学活性位点。此外，直接生长在碳布基底上的纳米片具有良好的导电性，同时在纳米片之间存在大量的孔隙，这为电解液离子的渗入和渗出提供便利，从而为三元镍钴铁双氢氧化物电极材料具备良好的电化学性能提供重要的结构条件。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明实施例1所制备的三元镍钴铁双氢氧化物纳米片材料的SEM扫描电镜照片：(a)低倍数SEM照片；(b)高倍数SEM照片；

图2是本发明实施例2所制备的三元镍钴铁双氢氧化物纳米片材料的XRD图谱；

图3是本发明实施例3所制备的三元镍钴铁双氢氧化物纳米片电极材料的的电化学分析测试结果：(a)不同电流密度下的充放电曲线；(b)不同电流密度下的面积比容量曲线；

图4是本发明实施例4所制备的三元镍钴铁双氢氧化物纳米片电极材料的循环稳定性曲线。

具体实施方式

实施例一

将Ni(NO

图1是本发明实施例1所制备的三元镍钴铁双氢氧化物纳米片材料的SEM扫描电镜照片。(a)低倍数SEM照片；(b)高倍数SEM照片。从图1(a)低倍数SEM照片可以看出三元镍钴铁双氢氧化物纳米片均匀、密集地覆盖在碳布的表面。从图1(b)高倍数SEM照片可以看出三元镍钴铁双氢氧化物纳米片交错相连，成网络状分布状态。同时，在纳米片之间存在大量的孔隙，有助于电解液离子的渗入和渗出，这为三元镍钴铁双氢氧化物电极材料具备良好的电化学性能提供重要的结构条件。

实施例二

将Ni(NO

图2是本发明实施例2所制备的三元镍钴铁双氢氧化物纳米片材料的XRD图谱。从图中可以看出，在10.5°和34.8°的峰分别对应于LDHs相的(003)和(012)晶面。

实施例三

将Ni(NO

图3是本发明实施例3所制备的三元镍钴铁双氢氧化物纳米片电极材料的的电化学分析测试结果。(a)不同电流密度下的充放电曲线；(b)不同电流密度下的面积比容量曲线。从图3(a)中看出当电流密度为4,8,12,16和20mA cm

实施例四

将Ni(NO

图4是本发明实施例4所制备的三元镍钴铁双氢氧化物纳米片电极材料的循环稳定性曲线。从图中看出三元镍钴铁双氢氧化物纳米片电极在100mVs

使用CHI660E电化学工作站，在三电极体系下测试三元镍钴铁双氢氧化物电极的电化学性能，电解液使用3mol L

因此，本发明所制备的三元镍钴铁双氢氧化物纳米片电极材料具有比容量高，倍率性能理想以及循环稳定性优异等特点，具有较高的实际应用价值。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。