[发明专利]一种柔性镍钴双氢氧化物/金属有机框架/织物电极的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种柔性镍钴双氢氧化物/金属有机框架/织物柔性电极的制备方法，包括以下步骤：（1）钴盐溶于去离子水中，其浓度为0.01‑0.5mol L^‑1；有机化合物溶于去离子水中，搅拌，其浓度为0.1‑1mol L^‑1。将以上两种溶液等体积混合，加入清洗过的导电织物，水热反应，洗涤并干燥，得到金属有机框架/织物。（2）镍盐溶于去离子水中，其浓度为0.01‑0.5mol L^‑1，将步骤（1）所得样品放入上述溶液中，反应，洗涤并干燥，得到镍钴双氢氧化物/金属有机框架/织物电极。本发明第二方面提供了织物电极在镍锌柔性电池领域的应用。该电极具有柔韧性好，比容量高，倍率性能和循环稳定性好等特点。

技术领域

本发明属于镍钴双氢氧化物镍电极材料及其制备和应用领域，特别涉及一种柔性镍钴双氢氧化物/金属有机框架/织物电极的制备方法及应用。

背景技术

近年来随着科学技术的飞速发展，各种可穿戴智能电子设备的兴起以及能源汽车的蓬勃发展，对化学电源的性能提出了更高要求。研发安全高效且柔性的电化学储能装置显得至关重要。镍锌电池因其原材料便宜易得、生产成本较低、对环境友好，输出电压高、功率密度大等优点，近年来受到了越来越多的关注。锌镍电池与镉镍电池、铅酸电池相比，具有比能量和比功率高、对环境无污染小等优点；与金属氢化物/镍电池相比，具有单体工作电压高、自放电小、制造成本低；与锂离子电池相比，锌镍电池除了价格低廉外，还有非常好的安全性能。然而，传统的纯金属材料制备的镍锌电池的柔韧性差，倍率容量低和循环稳定性差成为可穿戴智能电子设备能源供应的主要瓶颈。因此，设计并制备高性能的柔性织物镍电极是推动镍锌电池在可穿戴智能电子设备领域应用的关键一环。

在众多已经报道过的电极材料中，镍钴双氢氧化物由于其合理的介孔孔径分布、高比表面积、镍钴两元素的多价态以及两元素的协同作用等共同作用下，使得镍钴双氢氧化物具有很高的比电容，在各种电化学储能装置中均有着优秀的表现，被认为是一种高性能的电极材料。陈亚等人的CN106952740B号专利公布了一种镍钴复合氧化物电极的制备方法和应用，所述电极中不含粘结剂，得到的电极具有整体能量密度大、环境影响小、工艺容易控制、节省能源等优点。杨菲菲等人的CN106449136B号专利发明了一种α-氢氧化镍钴电极材料及其制备方法与应用，制备工艺简单、成本低、环境友好、效率高，适用于工业放大生产，得到的复合电极具有高的比容量和卓越的循环稳定性等优点。但是镍钴同其他过渡金属基双氢氧化物或者氢氧化物等电池活性材料一样，由于半导体的特性使得其导电性不佳，倍率性较差，特别是在较高的倍率下，其动力学受到扩散控制过程和相变过程的控制，导致其结构不够稳定，活性材料流失，直接导致储能装置循环性能较差。因此，如何有效的解决镍钴层状双氢氧化物导电性差、微观结构不够稳定、倍率性差以及循环不稳定等问题成了新型储能装置研究的当务之急。

相对于镍基活性材料，一些人通过对承载基体的研究来改变电极的电化学性能，如三维结构，多孔结构等在电化学储能装置中应用广泛。对于镍钴层状双氢氧化物导电性差、微观结构不够稳定、倍率性差以及循环不稳定等问题有所改善，申小娟等人的CN111816453A号专利公布了一种基于三维硅结构/镍钴氢氧化物复合电极材料及其制备方法，该方法采用三维硅结构具有较大的比表面积，有利于搭载更多的电极活性物质，增加电极材料与电解质的接触面积，得到的复合电极具有较高的充放电可逆性和较大的比容量，倍率性好，电化学性能优异。但其三维硅结构缺少柔性，不能很好的满足于智能服装的供能。郝青丽等人的CN110993365A号专利公布了一种泡沫镍上自生长双金属MOF（有机金属框架）及其衍生物电极材料，以双金属MOFs片作为前驱体，在泡沫镍基底上生长阵列状多NiCo₂S₄纳米片。通过多孔材料MOFs增大基体比表面积，为活性物质的生长和氧化还原提供了丰富的反应位点，增大了电极比容量和循环稳定性。但其泡沫镍基底仍不是柔性，在可穿戴电子设备和智能服装领域难以实现融合。