[发明专利]一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于NiCo‑LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器及其制备方法，将氧化石墨烯超声分散于甲醇溶液中，钴盐、镍盐溶解在氧化石墨烯的溶液中，进行水热反应，水热反应的温度为120～180℃，反应时间为12～16h，反应后离心分离得到产物A，真空干燥得到NiCo‑LDH/rGO复合材料。NiCo‑LDH/rGO复合材料为正极材料，rGO为负极材料得到水系非对称超级电容器。NiCo‑LDH/rGO复合材料在2A/g的电流密度下，电容为2130F/g。电容器的工作电压可达1.6V，比电容可达100F/g，能量密度可达35.5Wh/kg，循环2000次后容量衰减24.5％。

技术领域

本发明属于电容器制备技术领域，具体涉及一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的电源，具有功率密度高、放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优势。因此，可以广泛应用于辅助峰值功率、备用电源、存储再生能量、替代电源等不同的应用场景，在工业控制、电力、交通运输、智能仪表、消费型电子产品、国防、通信、新能源汽车等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力。

水系超级电容器具有环境友好、不易燃烧、安全性高等优点，是目前超级电容器研究的主要方向。但是由于水的分解电位窗口为1.23V，水溶液超级电容器的工作电压通常低于1.2V。为了提高水溶液超级电容器的工作电压，通过组装成非对称超级电容器可以提高工作电压，并且能够增大电容器的能量密度，因此组装新型水系非对称超级电容器备受关注。

目前商用的超级电容器以具有高比表面积的碳材料为主，这种材料主要基于双电层原理储存电荷，具有极高的循环寿命，但是电容量和能量密度相对较低，距离实际的要求还有一定的距离。因此如何提高电极材料的容量是目前超级电容器的一个关键问题。

赝电容电极材料其工作原理是基于通过电解液中离子在电极活性物质中发生快速可逆的氧化还原反应而将电荷储存，其理论容量比基于双电层原理的碳材料要高得多。层状双氢氧化物(LDH)因其具有特殊的层状结构，利于通过氧化还原反应来储存电荷，可以用来作为超级电容器的电极材料。事实证明，LDH在电化学的应用上有很好前景，但较低的电导率和电化学稳定性使其应用受到限制。石墨烯具有良好的电导率和电化学稳定性，因此将LDH与石墨烯复合是能够提高LDH的电化学性能。目前，LDH在石墨烯表面的制备主要采用氧化石墨烯,添加两种金属离子和沉积剂进行化学沉积并进行晶化生长成层状氢氧化物。但是该种制备方法复杂，制备的LDH在石墨烯表面分布不均匀。

专利201710221486.5，一种钴镍双金属氧化物和石墨烯制备超级电容器电极材料的方法，记载了一种镍钴双金属氧化物和石墨烯的复合材料，镍钴双金属氧化物片和石墨烯片的堆叠结构，容量最高为1348F/g。但是电流密度越高，材料的电容会出现衰减。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种基于NiCo-LDH/rGO复合材料的制备方法。合成的镍钴-层状氢氧化物/还原石墨烯(NiCo-LDH/rGo)/石墨烯复合材料比容量高，稳定性好。该方法所需设备简单，工序简单，绿色环保，易实现规模化生产。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于NiCo-LDH/rGO复合材料的制备方法，具体步骤为：

将氧化石墨烯超声分散于甲醇溶液中，钴盐、镍盐溶解在氧化石墨烯的溶液中，进行水热反应，水热反应的温度为120～180℃，反应时间为12～16h，反应后离心分离得到产物A，将产物A真空干燥得到NiCo-LDH/rGO复合材料。

本申请通过钴盐、镍盐在一定条件下的水热反应，制备得到NiCo-LDH垂直生长在石墨烯表面，构成分层体系结构的NiCo-LDH/rGO复合材料，这种特殊的结构提高了NiCo-LDH/rGO复合材料的容量。