[发明专利]一种多级孔道磷酸盐材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多级孔道磷酸盐材料及其制备方法和应用，属于超级电容器技术领域。本发明以乙醇和乙二醇作为有机溶剂，并通过调控反应温度和时间，从而有效的保持了球状前驱体独特的配位骨架结构，再与磷酸盐溶液混合，其中，磷酸盐为刻蚀剂，通过调控反应温度和时间，磷酸根离子会将球状前驱体中体积较大的有机配体全部置换掉，最终制备出活性比表面积显著增强的多级孔道磷酸盐材料。实验结果表明，本发明制备得到的多级孔道磷酸盐材料的比表面积为64～160m²g^‑1，以此为正极材料制备的锌离子软包电容器在1Ag^‑1的电流密度下的比容量达到1016.2～1601.4F g^‑1。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，尤其涉及一种多级孔道磷酸盐材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动汽车和便携式电子设备的快速发展，人们对移动端电能存储设备的性能和需求量提出了更高的要求。因此，如何低成本的制备高性能且高安全的电能存储器件以满足移动端设备的发展需求，成为研究的热点。在众多电化学储能器件中，水系锌离子超级电容器，因具绿色、安全、低成本、高充放电速率、长使用寿命等优势，吸引了国内外研究者的广泛关注。而超级电容器的正极材料是决定其性能的关键因素。因此如何设计高比表面的电极材料，以提供充足的电化学反应活性中心，丰富的电解液离子扩散通道和高体积储能密度，是研究的重点及难点。

目前，超级电容器的正极材料主要为过渡金属磷酸盐化合物，由于具有高的比表面积和丰富的微孔孔道，可以为电化学反应提供充足的活性中心和离子迁移路径，然而，实际应用中发现过渡金属磷酸盐的循环稳定性和倍率性能相对较差，这主要是因为其微孔孔道限制了电解质离子的扩散速度。因此，如何制备一种超高比表面积，孔结构丰富的磷酸盐材料成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级孔道磷酸盐材料及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法制备得到的多级孔道磷酸盐材料具备丰富的介孔结构以及超高的比表面积。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种多级孔道磷酸盐材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将金属盐与有机配体以及有机溶剂混合，进行第一溶剂热反应，得到球状前驱体；所述金属盐为钴盐和/或镍盐；所述有机溶剂包括乙醇和乙二醇；所述第一溶剂热反应的温度为120～150℃，第一溶剂热反应的时间为12～48h；

(2)将所述步骤(1)得到的球状前驱体与溶剂和磷酸盐溶液混合，进行第二溶剂热反应，得到多级孔道磷酸盐材料；所述第二溶剂热反应的温度为70～190℃，第二溶剂热反应的时间为12～24h。

优选地，所述步骤(1)中的钴盐包括硝酸钴，镍盐包括硝酸镍。

优选地，所述步骤(1)中有机配体包括均苯三酸。

优选地，所述步骤(1)中金属盐与有机配体的质量比为(2～4)：1。

优选地，所述步骤(1)中金属盐为钴盐和镍盐；所述钴盐中的钴离子与镍盐中的镍离子的摩尔比为1：9～9：1。

优选地，所述步骤(1)中第一溶剂热反应的温度为130～150℃，第一溶剂热反应的时间为20～48h。

优选地，所述步骤(2)中磷酸盐包括Na₃PO₄、Na₂HPO₄和NaH₂PO₄中的至少一种。

优选地，所述步骤(2)中第二溶剂热反应的温度为110～150℃，第二溶剂热反应的时间为12～20h。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的多级孔道磷酸盐材料。