[发明专利]一种磷掺杂镍钴硫复合电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种储能材料，具体涉及一种磷掺杂镍钴硫复合电极材料及其制备方法和应用，包括如下步骤：S1：将镍源、钴源和硫源加入混合溶液中，得到前驱体溶液；S2：将预处理好的泡沫镍浸入到前驱体溶液进行水热反应，冷却到自然室温、进行洗涤和干燥后得到NiCo₂S₄@NF复合电极材料；S3：通过磷源将NiCo₂S₄@NF复合电极材料进行磷化，冷却到自然室温，进行洗涤和干燥后得到磷掺杂镍钴硫复合电极材料。与现有技术相比，本发明利用磷元素掺杂改善了材料的电化学性能，以泡沫镍作为基底可以增加材料的比表面积，这种合成方法制得的电极材料性能优异、方法简单，可以实现大规模工业化应用。

技术领域

本发明属于纳米材料及电化学领域，具体涉及一种磷掺杂镍钴硫复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石燃料的大量燃烧，能源短缺问题及环境污染问题日益严重，为了解决这些问题，寻找新型的可再生能源迫在眉睫。寻找新能源的同时，能源存储问题也受到了广泛的关注，新型的储能器件可以有效提高能源的利用率。目前市场上的储能器件以锂离子电池和二次铅蓄电池为主，然而，由于锂离子电池和铅蓄电池存在较大的安全问题。超级电容器作为一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件，它不仅具有传统电容器充放电速度快(充电时间一般在几十秒到几百秒之间)、功率密度高(超级电容器的功率密度能达到锂离子电池百倍及以上)等优点，还具有二次电池优异的储能特性，并且超级电容器的最大优点就是绿色、安全、无污染。目前而言，超级电容器是锂离子电池和二次电池的有效替代品之一，在储能方面具有较大的潜力。然而超级电容器本身能量密度低限制了其工业化大量生产。

电极材料作为超级电容器的核心组成，对超级电容器的性能起到了决定性的作用，过渡金属化合物作为一种优良的电极材料受到了大量科研工作者的研究。由于镍元素和钴元素储存量多且成本低，且钴镍硫相对于镍钴氧、钴镍氢氧化物具有更好导电性，所以镍钴硫化合物在众多过渡金属化合物中脱颖而出。由于镍钴硫具有半导体性质，其本身的带隙大、亲水性较差、活性位点少限制了其应用。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题从而提供一种磷掺杂镍钴硫复合电极材料及其制备方法和应用，通过使用一步水热法在泡沫镍基底上成功合成了镍钴硫化合物，在此基础上对镍钴硫进行磷元素进行的掺杂来降低其禁带宽度，提高电化学性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明第一方面公开了一种磷掺杂镍钴硫复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将镍源、钴源和硫源加入混合溶液中，得到前驱体溶液；

S2：将步骤S1得到的前驱体溶液和泡沫镍发生水热反应，冷却、洗涤和干燥后得到NiCo₂S₄@NF复合电极材料；

S3：通过磷源将步骤S2得到的NiCo₂S₄@NF复合电极材料进行磷化，冷却、洗涤和干燥后得到所述的磷掺杂镍钴硫(P-NiCo₂S₄@NF)复合电极材料。

优选地，所述的镍源、钴源、硫源和磷源的比例为0.8-1.2mmol:1.6-2.4mmol:3.2-4.8mmol:3.2-5.0mmol。更进一步优选地，其中，镍源、钴源和硫源的比例为1mmol:2mmol:4mmol。

优选地，所述的镍源选择为Ni(NO₃)₂·6H₂O；所述的钴源选择为Co(NO₃)₂·6H₂O；所述的硫源选择为CS(NH₂)₂；所述的磷源选择为Na₂HPO₂·H₂O。