[发明专利]一种NiCo2S4/碳纳米管复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种NiCo₂S₄纳米晶包覆碳纳米管电化学沉积复合的制备方法。

背景技术

近年来，超级电容器因其具有高功率密度、充电短时间和循环寿命长等诸多优点而受到广泛关注。电极材料是影响超级电容器性能的关键因素，以RuO₂等贵金属氧化物因其赝电容原理有较大的比电容值，但昂贵的价格和毒性限制了其商业化应用。一些廉价金属硫化物代替贵金属作为超级电容器电极材料成为研究热点。NiCo₂S₄是一种典型的尖晶石结构复合金属硫化物，存在Co³⁺/Co²⁺及Ni³⁺/Ni²⁺氧化还原电对，可以获得较高的工作电压窗口和比电容值，同时因其廉价无毒表现为极具潜力的电极材料，因此不同结构、形态、尺寸的NiCo₂S₄的制备受到了众多研究人员的关注（如Chen等, Nanoscale, 2013,5(19),8879; Wan等, Crystengcomm, 2013,15(38),7649; Chen等, ACS Nano, 2014,8(9),9531; Zhang等, Nanoscale, 2014,6(16),9824; Pu等, ACS Sustain. Chem. Eng. 2014,2(4),809; Zhu等, J. Power. Sources. 2015,273,584）。然而NiCo₂S₄作为电极材料运用于超级电容器的时候，往往存在一个问题—材料的电阻过大，导电性偏低，导致超级电容器在大电流密度下充循环冲放电不够稳定。因而，需要以一定的方式将碳材料加入到NiCo₂S₄电极材料中，来提高电极材料的导电性，以达到增强其电化学性能的目的。如Peng等用原位法制备NiCo₂S₄/石墨烯复合材料（Chemical Communications, 2013,49(86),10178）; Xiao等在碳纤维上生长NiCo₂S₄纳米管（Nano Letter, 2014,14(2), 831）; Wu等一步合成了NiCo₂S₄/氧化石墨复合材料（J Mater. Chem. A, 2014,2(48),20990）; Ding等制备了NiCo₂S₄/碳布复合材料（RSC Advances, 2015,5(60),48631）等。

碳纳米管（CNTs）具有特殊的一维中空的纳米结构，具有优良的导电性能。但CNTs单独作为超级电容器电极材料比电容值过低，一般只有40F/g。将碳纳米管与碳纳米管组成复合电极材料，两者可以取长补短，有望得到具有高比电容、高导电率、循环充放电稳定的超级电容器电极材料。

NiCo₂S₄与石墨烯、氧化石墨、碳纤维、碳布等碳材料的复合运用于超级电容器领域已有报道，但未见到NiCo₂S₄与碳纳米管形成复合电极材料应用于超级电容器领域的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种NiCo₂S₄/碳纳米管复合电极材料的制备方法，该方法制备得到复合电极材料NiCo₂S₄与碳纳米管的结合力大，可以提高超级电容器电极材料的比电容和循环充放电稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供一种NiCo₂S₄/碳纳米管复合电极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤。

一、制备碳纳米管/泡沫镍基体：首先将经稀盐酸、丙酮、无水乙醇超声清洗过的泡沫镍剪裁为1*2cm；然后按质量分数比为碳纳米管:聚四氟乙烯=95:5称取样品溶于无水乙醇中搅拌成浆状后均匀涂覆在1*2cm泡沫镍的表面，80℃真空烘干后得到碳纳米管/泡沫镍基体；其中碳纳米管涂覆在泡沫镍上的质量为2~4mg/cm³。