[发明专利]柔性碳泡沫@镍铝双金属层状氧化物@石墨烯复合电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性碳泡沫@镍铝双金属层状氧化物@石墨烯复合电极材料的制备方法，其首先制备三维碳泡沫；利用水热法在该三维碳泡沫上沉积镍铝层状金属氢氧化物得到碳泡沫@镍铝层状氢氧化物；然后在碳泡沫@镍铝层状氢氧化物表面包裹石墨烯以增加其导电性；最后将碳泡沫@镍铝层状氢氧化物@石墨烯研磨成粉末置于管式炉中，通过设定管式炉中的温度等工艺条件，制备得到柔性复合电极材料。由于具有快速的电解液离子和电子传输通道，本发明制备得到的碳泡沫@NiAl‑LDO@石墨烯复合电极材料具有高的能量密度和功率密度。

技术领域

本发明涉及复合电极材料的制备技术领域，具体涉及一种柔性石墨烯复合电极材料的制备方法。

背景技术

柔性电子器件由于具有可弯折性、便携性、可折叠型及可穿戴性等优势在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景。目前，柔性电极材料应用于传感器、光感器、环境检测器和其他可穿戴设备等引起了科学家们广泛的研究兴趣。尤其是超级电容器由于具有快速充放电、长循环寿命及安全易组装等特性被认为极其具有应用前景。

目前常见的制备高性能柔性超级电容器电极的方法为将高活性的金属氧化物或氢氧化物与柔性的碳薄膜或碳纳米纤维进行组装。由于石墨烯、碳纳米管等具有超强机械强度和柔韧性而常被用作柔性基底。现有技术中关于柔性电极材料的研究主要有：

He等人[ACS Nano,2012,7,174-182]利用化学气相沉积法制备了柔性三维石墨烯气凝胶，然后利用电化学沉积法负载MnO₂制备柔性电容器材料。所制备的电极材料比电容最高可达130F·g-1，并且在不同弯曲状态时具有几乎相同的充放电行为，说明其作为柔性电极材料具有良好的性能。Xu等人[ACS Nano,2013,7,4042-4049]也利用水热法制备了石墨烯气凝胶作为柔性电极材料，其比电容能够达到186F·g^-1，并且在弯折状态时比电容性能没有受到影响。此外还可通过真空抽滤法制备柔性电极材料，Hu等人[AdvancedFunctional Materials,2015,25,7291-7299]通过真空抽滤氧化石墨烯/MnOx悬浮液，制备了MnOx/GO薄膜作为柔性电极材料，所组装的柔性电容器具有高的体积能量密度和循环稳定性。

上述现有技术在柔性电极材料的研究方面取得了一定的进步和发展，然而石墨烯、碳纳米管等柔性基底内孔道常为间隙孔，孔径大小难以控制并且相互不连通，导致电解液离子传输受阻。此外，其制备成本高，制备工艺复杂，并且制备规模小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性碳泡沫@镍铝双金属层状氧化物@石墨烯复合电极材料的制备方法，通过该制备方法可以得到具有优异电化学性能的柔性电极材料。

其技术解决方案包括：

一种柔性电极材料的制备方法，所述制备方法依次包括以下步骤：

a制备三维碳泡沫的步骤；

b利用水热法在所述三维碳泡沫上沉积镍铝层状氢氧化物，得到碳泡沫@镍铝层状氢氧化物的步骤；

c在所述碳泡沫@镍铝层状氢氧化物表面包裹石墨烯，得到碳泡沫@镍铝层状氢氧化物@石墨烯；

d将碳泡沫@镍铝层状氢氧化物@石墨烯置于管式炉中，经加热、氧化，得到碳泡沫@镍铝层状氧化物@石墨烯柔性电极材料。

作为本发明的一个优选方案，步骤a中，所述三维碳泡沫的制备方法为：将密胺海绵置于管式炉中，在氩气气氛中，以2℃/min升温速率加热至850℃，在850℃碳化3h即得三维碳泡沫。