[发明专利]碳布/钴酸镍/氧化镍柔性电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳布/钴酸镍/氧化镍柔性电极材料及其制备方法。其步骤为：将碳布用硝酸油浴处理；将尿素和十六烷基三甲基溴化铵依次加入到氯化镍和氯化钴的水溶液中，搅拌溶解，将处理过的碳布浸入到混合溶液中，最后水热反应一段时间后，将柔性电极洗涤、干燥后，放置马弗炉内煅烧，获得碳布/钴酸镍电极材料；接着，将其放入硝酸镍和过硫酸钾的水溶液中，往溶液中加入的氨水，反应一段时间后，取出复合材料负载的碳布洗涤、干燥、煅烧，获得所述的电极材料。该材料具有优异的电化学性能，在能源领域以及其它电子器件领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料和能源材料技术领域，具体是涉及一种三维多层次结构的碳布/钴酸镍/氧化镍柔性电极材料及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料和不可再生资源的快速消耗，人们寻求可再生和清洁能源的需求不断增加并且十分迫切。能量存储是能量转换和输送链中的关键部件。常用的储能材料中有碳材料，金属氧化物和导电聚合物。尖晶石钴酸镍（NiCo₂O₄），由于它具有低成本，对环境污染少，以及丰富的自然资源等优点，可以作为成本可控的能量存储替代方案。同时，作为很有潜力的优异电极材料，氧化镍有个非常高的理论比电容（2584F/g），表面发生的快速法拉第氧化还原反应可以为电极材料提供大的电容。为了对可穿戴式电子设备供电，能量存储系统需要有一定的灵活性。柔性电极具有形状和尺寸的不固定性和对不同的工作条件有良好的适应性引起了了研究人员的广泛关注。碳布常作为柔性集流体，它具有重量轻，机械强度高，良好的电化学稳定性等优点。如今将金属氧化物与碳布结合，制备多层次纳米电极材料成为研究热点（Wu X, Han Z, Zheng X, et al. Core-shell structured Co₃O₄@NiCo₂O₄ electrodes grown on flexible carbon fibers with superiorelectrochemical properties[J]. Nano Energy, 2017, 31: 410-417.）。

三维结构的金属氧化物自组装在柔性碳布上的一体化电极材料可以充分发挥两种组分的优势，其潜在的协同作用可以明显提高在储能方面的性能。然而，目前大部分合成这种柔性电极材料的方法较复杂，结构设计不稳定，可重复性难，难以维持有效的电化学性能和大批量的生产。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种三维多层次结构的碳布/钴酸镍纳米针/氧化镍纳米片柔性电极材料及其制备方法，该柔性电极的制备方法简单易控，结构稳定，设计合理，适合于规模化生产。

实现本发明目的的技术解决方案为：本发明所述的碳布/钴酸镍/氧化镍柔性电极材料，所述的电极材料具有三维的多层次结构，所述的钴酸镍呈针状结构生长在碳布上，所述的氧化镍呈纳米片状结构生长在钴酸镍上。

上述电极材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：碳布用一定量的浓硝酸油浴处理一段时间，水冲洗干净；

第二步：配制氯化钴和氯化镍的混合溶液，将一定量的尿素和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）分别加入到该混合溶液中，搅拌溶解；

第三步：将第一步得到的碳布浸入第二所述混合溶液，水热反应一段时间；

第四步：洗涤后煅烧，获得碳布/钴酸镍材料；

第五步：配制硝酸镍和过硫酸钾的混合溶液；

第六步：将第四步制备的碳布/钴酸镍材料置于第五步所述溶液中浸泡一定时间，加入一定量的氨水，然后静置反应一定时间；

第七步：取出、洗涤、煅烧一定时间，获得所述的三维多层次结构的碳布/钴酸镍/氧化镍纳米阵列电极材料。