[发明专利]一种LDH基超级电容器复合电极材料及制备方法与用途

说明书

本发明公开了一种LDH基超级电容器复合电极材料及制备方法与用途。通过水热法首先制备得到以泡沫镍为基底的MnCo‑LDH纳米线阵列；然后再经过煅烧炭化制备得到以泡沫镍为基底的MnCo LDH/C粗糙纳米线阵列；再经原位生长法使NiMn‑LDH纳米片与MnCo‑LDH/C纳米线复合形成三维核壳结构，相对于其他纳米结构例如纳米颗粒等,形成三维核壳纳米线阵列有利于充分发挥其电化学活性；该复合材料作为超级电容器电极材料应用时,可用作赝电容电极材料,具有较高的比电容量和倍率充放电性能；同时也可用作超级电容器器件的正极材料，具有较高的的能量密度。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料制备技术领域，具体涉及一种泡沫镍为基底的MnCo-LDH/C/NiMn-LDH复合电极材料的制备及其电化学性能的研究与应用。

背景技术

随着世界能源危机的到来，探寻环境友好型的和可持续发展的储能设备和储能材料具有非常重要的意义。其中超级电容器作为一种高效的能量储存转换装置，因其功率密度高、充放电速率快、循环寿命长等优点被广泛研究，但由于其能量密度低的缺陷，从而制了超级电容器的实际应用。电极材料的优劣直接决定器件的电容性能，因此，设计合理的方案制备高性能的复合电极材料，是解决超级电容器能量密度低这一问题的重要途径。

一般来说，理想的超级电容器电极材料应具有较高的比电容、较多的可接触电化学活性位点、较好的导电性与离子导电率、较好的结构稳定性、环境友好等特性。层状双金属氢氧化物(简称LDH)作为一种新兴的二维氢氧化物，因其具有可调的化学组成与层间距、较强的阴离子传输能力与氧化还原性、较强的稳定性和较大的表面积等固有特征而被认为是最有发展潜力的电极材料之一。在LDH中引入Co元素可使LDH在氧化还原过程中Co²⁺被氧化成CoOOH从而增强了电极材料的导电性，同时，具有多种氧化态的Mn元素的加入可进一步增强材料的电化学活性。因此MnCo-LDH纳米线阵列结构具有稳定和顺畅的电子与离子的传输路径，使得内部电阻降低从而增加电极的比容量以提高电化学性能。然而MnCo-LDH纳米线与电解液接触时，活性位点充分暴露，导致电容衰减过快，限制了其在能量储存器件中的实际应用。

发明内容

针对上述问题，我们选择构筑高比表面积且稳定性较好的三维核壳结构复合材料。NiMn-LDH纳米片具有相对较高的电容和快速的氧化还原动力学且比表面积较大、电化学活性位点多，因此，我们尝试将NiMn-LDH纳米片负载于MnCo-LDH纳米线上以得到三维纳米线核壳结构，得到了高比电容、高能量密度的MnCo-LDH/C/NiMn-LDH复合电极材料。

本发明的目的是提供一种以泡沫镍为基底的三维纳米线阵列MnCo-LDH/C/NiMn-LDH复合电极材料及制备方法。制备得到的三维纳米线阵列MnCo-LDH/C/NiMn-LDH复合电极材料具有较好的电化学性能、循环稳定性及能量密度，可用于制备超级电容器。

本发明提供的以泡沫镍为基底的三维纳米线阵列MnCo-LDH/C/NiMn-LDH复合电极材料由锰盐、钴盐、镍盐、氟化铵、尿素、氯化钠、六亚甲基四胺、双氧水和葡萄糖为原料，在具有三维网状结构的泡沫镍上进行多步反应得到。

本发明提供的以泡沫镍为基底的MnCo-LDH/C/NiMn-LDH复合电极材料的制备方法如下：

(1)称取锰盐、钴盐、氟化铵和尿素于溶剂中，搅拌至溶解均匀，得到分散液1；

(2)将步骤(1)中的分散液1转移至反应釜中，放入泡沫镍，于100-160℃下水热反应9-15h。将得到的基于泡沫镍上的MnCo-LDH用去离子水和乙醇分别冲洗三次后干燥；

(3)将步骤(2)所得的基于泡沫镍上的MnCo-LDH浸泡在葡萄糖溶液中16-30h，随后在Ar₂保护的条件下热处理1-5h，热处理温度300-600℃，即得到基于泡沫镍上的MnCo-LDH/C纳米线阵列的超级电容器电极材料；