[发明专利]分级结构聚吡咯/NiCoAl-LDH/棉纤维柔性电极材料的制备方法

说明书

本发明为一种分级结构聚吡咯/NiCoAl‑LDH/棉纤维柔性电极材料的制备方法，其克服了现有技术中存在的如何赋予棉纤维导电及电容性能的问题。本发明包括以下步骤：首先在生物质棉纤维基底上原位生长钴基金属有机骨架(ZIF‑67)，之后以其为自牺牲模板，通过引入六水合硝酸镍、九水合硝酸铝衍生镍钴铝金属氢氧化物(NiCoAl‑LDH)纳米阵列；进而引入吡咯为原料、FeCl₃·6H₂O为氧化剂，在NiCoAl‑LDH/棉纤维上进行化学氧化聚合，将聚吡咯生长在NiCoAl‑LDH纳米阵列上形成分级结构，获得聚吡咯/NiCoAl‑LDH/棉纤维电极材料。本发明在棉纤维基底上设计合成了具有丰富孔隙结构的NiCoAl‑LDH阵列，为电极材料中的聚吡咯分子链提供相变空间，防止其在充放电过程中脱掺杂导致电化学性能的衰减。

技术领域：

本发明属于柔性电子技术领域，涉及一种柔性超级电容器电极材料的制备方法，尤其是涉及一种分级结构聚吡咯/NiCoAl-LDH/棉纤维柔性电极材料的制备方法。

背景技术：

可穿戴电子产品逐渐进入人们的日常生活，传统的刚性储能器件已无法满足柔性可穿戴电子器件的储能需求。柔性超级电容器由于其储能能力高、安全性佳、耐弯折等特性，能够很好地适用于可穿戴电子器件。电极材料是超级电容器的主要组成部分，开发高性能柔性电极材料势在必行。

纤维基柔性电极材料具有质轻、可弯曲、可大规模集成等特点，能够更好地实现柔性储能器件的可穿戴。棉纤维的柔性优异、机械灵活性高，是制备柔性超级电容器电极材料的理想基材之一。然而棉纤维属于绝缘材料，如何赋予其导电及电容性能成为关键问题。

聚吡咯是一种导电聚合物，具有较高的电导率和电容性能，且与基材的相容性很好，将其与棉纤维复合可以制备柔性电极材料。然而，聚吡咯在反复充放电过程中存在体积的膨胀和收缩，导致分子链容易脱掺杂，从而失去电化学活性，导致电极材料使用寿命严重缩短。

以金属有机骨架(MOFs)为模板衍生的三维双金属氢氧化物(LDHs)是一种形貌结构可调、比电容高的新型电极材料，通过合理的设计能够形成高比表面积且孔隙丰富的核壳、中空框架、微球等结构，从而提高电极材料的稳定性和电化学性能。研究者将导电聚合物与稳定性优异的三维LDHs复合，能够有效防止导电聚合物脱掺杂[Yu J,Yao D,Wu Z D,et al.ACS Appl.Energy Mater,2021,4:3093-3100.]。然而在这些研究中，仅通过在泡沫镍、碳纤维布等柔性基底上涂覆、打印活性材料的方式制备电极材料，使用时容易发生活性材料聚集且与基底的结合牢度不强的问题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种分级结构聚吡咯/NiCoAl-LDH/棉纤维柔性电极材料的制备方法，其克服了现有技术中存在的如何赋予棉纤维导电及电容性能的问题，本发明赋予棉纤维良好的导电、比电容、循环稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种分级结构聚吡咯/NiCoAl-LDH/棉纤维柔性电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

首先在生物质棉纤维基底上原位生长钴基金属有机骨架ZIF-67)，之后以其为自牺牲模板，通过引入六水合硝酸镍、九水合硝酸铝衍生镍钴铝金属氢氧化物(NiCoAl-LDH)纳米阵列；进而引入吡咯为原料、FeCl₃·6H₂O为氧化剂，在NiCoAl-LDH/棉纤维上进行化学氧化聚合，将聚吡咯生长在NiCoAl-LDH纳米阵列上形成分级结构，获得聚吡咯/NiCoAl-LDH/棉纤维电极材料。

上述方法包括以下步骤：

步骤一：(ZIF-67)_n/棉纤维的制备：