[发明专利]一种NiCoP/NiCoP/C多壳空心结构电极材料及制备与应用

说明书

本发明属于新材料领域，具体涉及一种NiCoP/NiCoP/C多壳空心结构电极材料及制备与应用。本发明以中空介孔SiO₂球为模板，在SiO₂球内外表面均负载NiCoP/C，制备具有特殊形貌的NiCoP/NiCoP/C多壳空心结构电极材料，该材料可以用于制备超级电容器电极材料，其空心结构作为缓冲容器储存电解质离子，缩短了离子从外层电解液到内层核的传输距离，增加了电极材料与电解质的接触面积，同时提供了足够的空隙空间以适应重复循环过程中的体积变化，从而实现出色的电化学性能。

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种NiCoP/NiCoP/C多壳空心结构电极材料及制备与应用。

背景技术

超级电容器具有高功率密度、优良的循环稳定性和快速充放电速率等特点而受到广泛关注，主要应用于智能电网、公共交通系统、新能源开发、电子产品以及国防等领域，应用前景广阔。

超级电容器主要分为双电层电容器和赝电容电容器两种，电极材料通常为碳材料、导电聚合物和过渡金属化合物。赝电容电容器的电极材料通常为导电聚合物和过渡金属化合物，其中，过渡金属化合物具有丰富的价态，能在合适的电压区间发生一个或者多个氧化还原反应，且在体系中可以发生快速且高度可逆的氧化还原反应等特点，这赋予了其高于双电层电极材料10～100倍的理论比容量。

过渡金属磷化物(TMPs)作为一种新型的能量存储和转换器件引起了人们的广泛关注。TMPs中P元素的电负性较小，加速了电子运输、改善了氧化还原反应，从而产生优越的导电性和氧化还原活性。与单金属体系相比，双金属磷化物具有较高的导电性、良好的存储能力和更快的电子传输能力。大量研究表明，镍钴磷比单金属磷化物(Ni-P和Co-P)表现出更好的电荷存储性能。但NiCoP的电化学稳定性和速率能力仍有待进一步提高。

通过形貌设计合成中空多壳结构电极材料，可以大大提高镍钴磷电极材料电化学性能。多壳空心结构可以提供许多活性位点和更短的电子、离子转移通道，而且还可以有效地缓解由快速连续的氧化还原反应引起的堆叠和体积膨胀。

碳材料具有良好的导电性，将碳材料与镍钴磷结合制备复合电极材料，不仅可以提高镍钴磷电极材料的电导率，还可以抑制镍钴磷纳米颗粒的团聚，使镍钴磷复合电极实现出色的导电性和良好的稳定性。

专利CN109585177A《一种核壳结构的镍钴磷整体式电极材料的制备方法》公开了一种NiCoP@NiCoP核壳结构整体式电极材料的制备方法。将碳布浸没在六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、尿素、离子水-乙醇混合液中水热反应，表面生长NiCo前驱体纳米线阵列基体后，再浸入六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、六亚甲基四胺、去离子水-乙醇混合液中水热反应，最后在氩气与次磷酸钠高温反应，最终获得NiCoP@NiCoP核壳结构整体式电极材料。由此可见，当前制备NiCoP/NiCoP多壳空心结构需要经过多次水热才可实现。

电极材料是决定电荷存储能力的关键材料，设计具有特殊形貌的电容器电极材料是提升电容器性能方面的重要思路。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种NiCoP/NiCoP/C多壳空心结构电极材料的制备方法，该方法以中空介孔SiO₂球为模板，在SiO₂球内外表面均负载NiCoP/C，制备具有特殊形貌的NiCoP/NiCoP/C多壳空心结构电极材料。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的NiCoP/NiCoP/C多壳空心结构电极材料，该材料可以用于制备超级电容器电极材料，其空心结构作为缓冲容器储存电解质离子，缩短了离子从外层电解液到内层核的传输距离，增加了电极材料与电解质的接触面积，同时提供了足够的空隙空间以适应重复循环过程中的体积变化，从而实现出色的电化学性能。

本发明的再一目的在于提供上述NiCoP/NiCoP/C多壳空心结构电极材料的应用。