[发明专利]柔性核壳异质结构正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于超级电容器领域，涉及一种柔性核壳异质结构正极材料，所述正极材料包括Cosubgt;9/subgt;Ssubgt;8/subgt;中空纳米棒阵列和NiMn双金属氧化物纳米片均匀生长在碳布柔性基底上，所述NiMn双金属氧化物纳米片均匀包覆在所述Cosubgt;9/subgt;Ssubgt;8/subgt;中空纳米棒的外表面。所述柔性核壳异质结构正极材料由于中空纳米棒以竖直形态直接生长在碳布上，纳米片相互交联包覆在纳米棒的表面，材料的比表面积大，活性位点暴露充分，且这种规则排列的纳米阵列的空隙为电解质和活性物质之间的电化学反应提供了充足的通道和空间，解决了目前超级电容器比容量低的问题，制备的柔性电极为核壳异质结构，具有电化学性能优异、资源丰富、工艺简单和生产成本低等优点。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料领域，具体涉及柔性核壳异质结构正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类社会的快速发展，由于化石燃料的日益枯竭和环境的日益污染而引起的严峻的能源危机，成为当下亟需解决的问题。考虑到这一点，寻找绿色可再生能源资源，探索高效的能源储存和转换装置迫在眉睫。超级电容器作为众多储能设备中的一种，因其高功率密度、良好的循环寿命、较短的充电时间、环保和安全性能而受到广泛关注。根据电荷储存机制，超级电容器可分为两大类：第一类是通过电荷在电极和电解液界面的吸附/脱附而进行能量储存的双电层电容器，然而其较低的理论比电容限制了实际容量的进一步提升。第二类是通过电极表面发生快速的氧化还原反应来储存和释放能量的赝电容电容器，基于快速可逆的氧化还原反应，后者可提供更高的比电容，但其较低的电位窗口制约了对称性超级电容器能量密度的提升。

柔性储能系统是新一代柔性电子设备的关键驱动力。随着智能可穿戴技术的发展，人们对柔性储能设备提出了更高的要求，需要具有一定的拉伸强度、柔韧性、可弯曲性等。因此，柔性超级电容器在柔性显示器、柔性储能系统、可穿戴电子设备等方面具有很大的应用潜力。许多金属氧化物因其氧化还原反应性能表现出较高的比电容值，但金属氧化物电极的高电阻率对其器件应用具有一定的阻碍。将一种金属氧化物与另一种金属氧化物混合，即形成二元或三元金属氧化物，改善电极材料导电性效果显著。这种具有良好导电性的混合氧化物增强了电解液界面的电荷转移过程，有助于电荷向集电极的转移，提高了超级电容器的电荷存储性能。近年来，作为一种低成本、无毒的二元金属氧化物，NiMn氧化物因其优异的电化学性能而受到广泛关注。

然而，NiMn等金属氧化物的低电导率和较短的循环寿命往往会影响其电化学性能，以其制备超级电容器的电极材料仍然存在比容量较低的问题，严重制约了NiMn氧化物作为超级电容器电极材料的应用。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明提供了一种柔性核壳异质结构正极材料，解决了目前超级电容器电极材料的比容量较低的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明在一个实施例中提供了一种柔性核壳异质结构正极材料。

所述柔性核壳异质结构正极材料，包括Co₉S₈中空纳米棒阵列和NiMn双金属氧化物纳米片均匀生长在碳布柔性基底上，所述NiMn双金属氧化物纳米片均匀包覆在所述Co₉S₈中空纳米棒的外表面。

优选地，所述Co₉S₈纳米棒为中空结构，生长在柔性碳布基底上，直径为200～300nm。

优选地，所述NiMn双金属氧化物纳米片的厚度在5～20nm，所述Co₉S₈中空纳米棒外表面的NiMn双金属氧化物纳米片彼此相互连接，形成三维网络结构。

本发明在另一个实施例中提供了所述柔性核壳异质结构正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、碳布清洗；