[发明专利]金属氧化物核壳纳米片阵列电极材料的制备方法

说明书

本专利涉及金属氧化物核壳纳米片阵列电极材料的制备方法，所得的四氧化三钴纳米片骨架具有较好的平行多层结构和取向性，复合后的材料具有海绵体的多孔结构，且保持了骨架原有的有规律取向，与普通相互交叉片不同，近乎平行的纳米片提供了长程有序、稳定统一的导电路径，有利于电子的顺利传递。核壳材料的厚度为200‑500 nm，壳层厚度为5‑15 nm，适当的壳层厚度、多孔结构和垂直生长，使得核材料的电化学特性得到充分发挥，电化学测试结果表明，在电流密度为0.5 A·g^‑1时，单电极比容量为715 F·g^‑1，当电流密度增大到8 A·g^‑1时，比容量的保持率为72%。

技术领域

本发明属于超级电容器器件技术领域，具体涉及金属氧化物核壳纳米片阵列电极材料的制备方法。

背景技术

电极材料的电化学活性直接决定器件的电容性能，因此，活性电极材料的开发便成为ECs研究和应用的重点。通常，用于ECs的电极材料包括炭材料、金属氧化物和导电聚合物三大类。炭材料电极通过电解液与电极的界面处形成的双电层存储能量(双电层电容)；金属氧化物及导电聚合物材料电极则通过快速可逆的氧化还原反应获得法拉第电容(赝电容)，此法拉第电容一般远大于炭材料获得的双电层电容。作为ECs 电极材料使用的贵金属氧化物(如RuO₂)具有非常优良的电化学电容性质，但昂贵的价格和剧毒性大大制约其作为电化学电容器电极材料的应用和商品化，研究者尝试通过不同方法制备氧化钴(Co₃O₄)、氧化镍(NiO)、氧化锡(SnO₂)和氧化锰( MnO_x)等贱金属氧化物，作为贵金属氧化物的替代品，电极的比容量、充放电效率和长循环寿命显著提高。

申请号为201210438944.8的中国发明专利公开了一种超薄多孔Co₃O₄纳米片的制备方法，具体公开了向Co(NO₃)₂溶液中滴加DMSO溶液，采用电沉积法对镍表面进行电化学沉积，得到超薄多孔Co₃O₄纳米片；申请号为201611255619.2的中国发明专利公开了一种Co₃O₄多孔纳米片阵列的制备方法。具体公开了将重结晶硝酸钴/碳纤维纸焙烧得生长于碳纤维纸基底的多孔Co₃O₄纳米片阵列，各种工艺正在提高金属氧化物的比容量，但单一金属氧化物材料的自身缺陷如低电导率，晶型结构有限，比容量较低等缺陷仍是限制高性能电极材料进一步应用的关键。

2D核壳微纳米结构的NiO@Co₃O₄纳米片阵列，两种金属氧化物以不同的形式有机复合，设计合成的形貌新颖、结构稳定、导电基底原位生长，避免粉体材料在电极制备中需加入的导电性差的粘结剂，从而避免了电极中导电“死区”的出现，同时，利用产生的协同效应，弥补自身缺陷，对实现高效率的能量存储元器件的构筑具有十分重要的意义。

发明内容

本发明将导电集流体原位生长的NiO@Co₃O₄核壳纳米片阵列应用于超级电容器电极材料，提供一种具有协同增效、较高比容量和优良的倍率特性的超级电容器用复合电极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：