[发明专利]镍钴铁三元金属氧化物纳米管状复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镍钴铁三元金属氧化物纳米管状复合材料及其制备方法。首先将碳纤维布进行预处理，干燥；以蒸馏水为溶剂，配制六水合氯化钴、六水合氯化镍、十六烷基三甲基溴化铵和尿素的混合溶液，将其和碳纤维布放入反应釜中进行水热反应，制得NiCo₂O₄前驱体。将制备好的前驱体加入六水合氯化铁进行水浴反应，最终制得NiCo_2‑xFe_xO₄纳米管状复合材料。本发明中所制备的复合材料由于具有管状结构，并且是纳米级微粒，极大增加了材料的比表面积，加快了电极反应动力学，提高了其超电容性能。该复合材料具有优异的可逆性和循环稳定性。本发明的制备方法操作简单，成本低廉，在能量存储、催化剂等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种超级电容器材料的制备领域，特别是涉及一种可逆性好和长期循环稳定的镍钴铁三元金属氧化物纳米管状超级电容器复合材料及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料的燃烧、不可再生资源的消耗以及日益增加的环境污染问题，亟需人们开发利用可再生和清洁能源。基于节约资源、能源及环保的原因，新型绿色储能元件逐渐发展起来。由于具有能量密度高、充放电迅速、可逆性和循环稳定性好、环境友好、成本低廉等优势，超级电容器是一种新型、实用、高效的能量存储器件。

电极材料在超级电容器的组成部分中起着举足轻重的作用。当下对电极材料的探索和钻研密集集中在制备比容量、能量密度、功率密度都非常高，并且可进行大电流充放电，同时又具有高性价比的活性物质作为电极。近年来，由于其赝电容性能突出，来源丰富，成本低，环境友好等优势，过渡金属氧化物NiCo₂O₄被广泛的应用于超级电容器材料。Wei等利用溶胶-凝胶法合成NiCo₂O₄纳米颗粒，其电容性能得到很大提高（1400 F·g⁻¹）且具有很好的可逆性和循环稳定性（Wei T Y, Chen C H, Chien H C, et al. (2010). Advancedmaterials, 22(3): 347-351.）。Shen等采用水热法合成了NiCo₂O₄纳米线复合材料，其呈现出了优异的电容特性和循环稳定性（Shen L, Che Q, Li H, et al. (2014). AdvancedFunctional Materials, 24(18): 2630-2637.）。但是NiCo₂O₄具有相对较差的导电性和较小的比表面积，使得其实际电容量远小于理论电容量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种导电性好，比表面积大，电容性高，可逆性好，循环稳定性持久的镍钴铁三元金属氧化物纳米管状复合材料。

本发明的另一个目的是提供一种制备工艺简单，反应条件温和，制备成本低廉的镍钴铁三元金属氧化物纳米管状复合材料制备方法。

本发明的镍钴铁三元金属氧化物纳米管状复合材料，是在碳纤维布上采用水热法合成NiCo₂O₄前驱体，使NiCo₂O₄能均匀的包覆在碳纤维布上，增强其在碳纤维布上的附着；然后采用水浴法合成NiCo_2-xFe_xO₄纳米管状复合材料，管状结构极大增加了材料的比表面积，加快了电极反应动力学，提高了其超电容性能。该复合材料具有更好的可逆性和循环稳定性。