[发明专利]CoNiFe-LDH/多层石墨烯高性能复合储能材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种CoNiFe‑LDH/多层石墨烯高性能复合储能材料及其制备方法，其中方法包含以下步骤：量取体积比为8∶2的DMF和蒸馏水，混合后作为混合溶剂；加入膨胀石墨，超声处理2～4小时得到多层石墨烯混合溶液；在混合溶液中加入四水醋酸钴、四水氯化亚铁、六水氯化镍和无水醋酸钠，搅拌5～10分钟，将溶液倒进水热反应釜，在120℃温度下保温1小时候冷却至室温；取出反应物分别用酒精和水离心清洗3次，在60度烘箱中烘干24小时得到干燥的CoNiFe‑LDH/多层石墨烯复合材料。本发明采用一种通过有机分子络合金属的方法在不含氧官能团的多层石墨烯表面制备片层多元金属氢氧化物，工艺简单，适合生产。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种CoNiFe-LDH/多层石墨烯复合材料及其制备方法，生产制备的材料在储能领域，特别是超级电容器电极材料上具有使用价值。

背景技术

超级电容器在很多领域得到应用，如作为混合型电动车和内置电源、与风力发电装置或太阳能电池组成混合电源等。因此，超级电容器成为研究热点，目前主要的研究目的是提高超级电容器的能量密度。片层双金属氢氧化物作为超级电容器材料，不仅具有大的比表面积，还且还有非常大的氧化还原电容(赝电容)，从而极大的提高了材料的比电容。其中，CoNi-LDH(CoNi片层双金属氢氧化物)的研究表明其具有大的比电容量，但其不足之处在于导电性能差，单独作为电极材料会造成电极内阻大、倍率性能和循环性能差等。因此，与碳材料复合来解决这些不足成为了研究者的主要目的。超级电容器按反应原理主要分为双电层电容和赝电容，双电层电容是在正负两电极板间储存电荷，赝电容器是在电极表面由电活性物质进行欠电位沉积，通过发生高度可逆的化学吸脱附或氧化还原反应，从而实现电荷存储。赝电容充电时，电容器中的电解液中的离子在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极溶液界面，通过界面电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中；放电时，这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路而释放出来。对一个超级电容器体系来说，一般总是双电层电容和法拉第赝电容两种存储机制同时存在，只是一种存储机制占主导地位，而另一种机制相对较弱。

目前，一种简单的方法是把CoNi-LDH进行片层之间分离后与碳材料进行混合，虽然可以一定程度上提高CoNi-LDH的电化学性能，但两者之间的连接并不是很紧密。另一种常用的方法是把CoNi-LDH直接生长在石墨烯表面。目前的主要方法是采用氧化石墨烯(GO)，利用氧化石墨烯表面的活性基团进行金属离子的共沉积。但这种方法的过程繁杂，对工艺的控制高，不利于该复合材料用于实际应用。

针对已有方法的不足，本发明采用一步水热法在多层石墨烯表面直接制备CoNiFe-LDH，制备过程简单，获得的复合材料作为超级电容器材料时比容量高，其中的多层石墨烯由膨胀石墨经超声获取。在CoNi离子的基础上添加铁离子，在节约CoNi的使用量的同时提高了材料的比容量。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种简单的CoNiFe-LDH/多层石墨烯复合材料的制备方法，并可将该复合材料用于超级电容器材料，获得高性能超级电容器。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种CoNiFe-LDH/多层石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

量取体积比为8∶2的DMF和蒸馏水，混合均匀后作为混合溶剂，其体积和用于其它添加剂的计算；

加入膨胀石墨，超声振荡2～4小时，得到多层石墨烯混合溶液；

在多层石墨烯混合溶液中加入四水醋酸钴、四水氯化亚铁、六水氯化镍和无水醋酸钠，搅拌5～10分钟，将溶液倒入水热反应釜，在120℃温度下保温1小时候冷却至室温；

取出反应物分别用酒精和水进行离心清洗各3次，清洗后在干燥箱中60℃干燥24小时，得到干燥的CoNiFe-LDH/多层石墨烯复合材料。