[发明专利]一种柔性纳米多孔金属/氧化物超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性纳米多孔金属/氧化物超级电容器电极材料及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：(1)制备A_xNi_yCo_zY_{100‑x‑y‑z‑m‑n}Cu_mM_n柔性非晶合金材料，其中A为Al、Fe、Zn或Mg，M为Ce、Mn、Au和Pt中的至少一种；x＝75～90，y＝0～10，z＝0～10，m＝0～10，n＝0～10，y和z不同时为0，100‑x‑y‑z‑m‑n大于0，x、y、z、m和n为对应原子的原子百分比；(2)真空条件下，将所述的非晶合金材料进行热处理，得到纳米晶合金材料；(3)采用碱性或酸性溶液对所述的纳米晶合金材料去合金化处理，即得。该制备方法操作简单，制得的电极材料具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及非晶、电化学、纳米和功能材料技术领域，尤其涉及一种柔性纳米多孔金属/氧化物超级电容器电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器具有功率密度高，充放电速度快等一些优点，成为近年来比较热门的研究课题。根据储能机理的不同，超级电容器可以分为两大类：双电层电容器和赝电容器。双电层电容器的储能是通过离子在电极表面快速吸附-脱附实现的。赝电容器的储能机理跟二次电池很相似，是在电极/电解液的界面发生可逆的法拉第(氧化还原)反应储存电荷。过渡金属氧化物(例如：NiO，CoO，MnO₂，RuO₂)及其化合物具有很高的理论电容，作为赝电容器电极材料受到研究人员的广泛关注。虽然传统的制备纳米多孔赝电容电极材料的方法有很多：电化学法、水热法、模板法等，然而这些方法制备的电极材料存在一些问题使其电化学性能降低。

金属氧化物的电导率低，不利于电子转移。为了解决这一问题，研究人员在氧化物中掺杂金属并将其与碳纳米管、石墨烯、导电聚合物等形成复合材料，从而提高其电导性。传统电极的制备需要用非活性并且绝缘的粘结剂(例如：PVDF)，还要进行高压(5～10MPa)后处理，对电极进行高压处理确实会降低活性材料与集流体间的电阻，但是会使结构致密化，这不利于离子的扩散。金属/氧化物的核壳结构也有助于提高电导性，然而采用传统方法制备的金属/氧化物核壳界面很难控制。

采用去合金化的方法可以生成3D的纳米多孔结构，这种结构中金属的ligment既可以作为集流体避免粘结剂的使用，也可以作为金属核增加电导性，并且氧化物的壳可以在金属核上原位生长。因此，制备这样一种具有纳米多孔金属/氧化物核壳结构并在氧化物中掺杂金属的电极材料，会大大增加电导性和活性位点，从而提高电容特性。

材料的比表面积和微结构是影响电化学性能最重要的两个因素，它们跟材料的制备方法以及使用的前驱体密切相关。小孔会增加比表面积，从而增加材料的活性位点，但孔径过小会抑制离子的扩散，孔径过大又会减少比表面积，多级孔完美的结合了小孔和大孔的优势。传统的制备多级孔的方法步骤繁多，不利于实际应用。

发明内容

本发明提供了一种柔性纳米多孔金属/氧化物超级电容器电极材料的制备方法，以非晶合金条带为前驱体，将其纳米晶化后采用一步去合金化的方法制备柔性纳米多孔金属/氧化物超级电容器电极材料，该电极材料具有优异的电化学性能。

本发明提供了如下技术方案：

一种柔性纳米多孔金属/氧化物超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备A_xNi_yCo_zY_{100-x-y-z-m-n}Cu_mM_n柔性非晶合金材料，其中A为A1、Fe、Zn或Mg，M为Ce、Mn、Au和Pt中的至少一种；

x＝75～90，y＝0～10，z＝0～10，m＝0～10，n＝0～10，y和z不同时为0，100-x-y-z-m-n大于0，x、y、z、m和n为对应原子的原子百分比；