[发明专利]一种多孔结构钴酸锌含碳复合电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及电极材料制备技术领域，涉及一种多孔结构钴酸锌含碳复合电极材料的制备方法：往二甲基甲酰胺和乙醇的水溶液中加入锌盐、钴盐与2，5‑二羧基‑对苯二甲酸，超声振荡后形成均相前驱体溶液，然后把前驱体溶液和泡沫镍放入反应釜内，于80‑150℃中水热反应生成金属有机化合物骨架，用甲醇洗涤数次金属有机化合物骨架并放入真空中80‑130℃干燥，之后放入管式炉内，在氮气氛围中于250‑450℃煅烧成为多孔结构钴酸锌含碳复合电极材料。本发明以高比表面积的金属有机化合为作为前驱体，煅烧生成多孔结构比表面积高达50至110m²/g的含碳钴酸锌，提高了作为超级电容器电极的循环性能，工艺简单，成本较低。

技术领域

本发明涉及电极材料制备技术领域，更具体地说，涉及一种多孔结构钴酸锌含碳复合电极材料的制备方法。

背景技术

随着人类社会的快速发展，开发新的环境能源变得越来越迫切。超级电容器具备了充电耗时短、运行时间长、温控效果好、环保性能强等特点，凭借强大的储存容量及存储性能，在许多大中小型设备中得到了普遍运用。超级电容器被认为是能量储存领域的一项革命性发展,将在众多领域取代传统蓄电池,被世界各国所广泛关注。

最近，混合过渡金属氧化物，特别是尖晶石结构的钴基氧化物，被认为是超级电容器或者锂离子电池电极的候选材料。根据报道，由于两种活性金属氧化物组分的协同效应和低活化性，所以这些混合过渡金属氧化物通常表现出理想的电化学性能，能够改善阳离子之间电子转移的错误。而钴酸锌作为一种优异锂离子材料和超级电容器材料越来越受人关注，因其比起其他过渡金属氧化物拥有更高的电容容量。但是，钴酸锌在循环过程中容易因为自身导电性差而导致结构破坏，使其体积膨胀导致高倍率充放电性能差，实际比容量低。

为了提高钴酸锌作为电极材料的性能，专利号CN 107492451 A用石墨烯与钴酸锌混合，利用石墨烯优异的导电性和大的比表面积来解决钴酸锌因自己导电性不佳而导致高倍率充放电容量衰减和体积膨胀问题。但是，由于石墨烯的成本太高，需要用到的设备价格高，操作不便利，影响到石墨烯的实际运用，从而不利于大规模的生产。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多孔结构钴酸锌含碳复合电极材料的制备方法，解决现有技术钴酸锌电极材料因导电性不佳而导致高倍率充放电容量衰减和体积膨胀的缺陷。

本发明所公开的技术方案如下：一种多孔结构钴酸锌含碳复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、配置二甲基甲酰胺与乙醇的混合水溶液，其中，所述二甲基甲酰胺、乙醇和水的体积比为A:B:C；其中，A取值为1至20；B取值为1；C取值为1；

S2、往混合水溶液中加入锌盐、钴盐与2，5-二羧基-对苯二甲酸，超声振荡后形成前驱体溶液，其中，所述锌盐、钴盐与2，5-二羧基-对苯二甲酸的摩尔比为a:b:c；其中，a取值为0.1至1；b取值为2.9至2；c取值为1；

S3、将前驱体溶液和泡沫镍同时放入反应釜内进行水热反应，生成与泡沫镍紧密结合的含锌与钴的金属有机化合物骨架，其中，该水热反应的温度为80至150℃；

S4、将金属有机化合物骨架放入到甲醇中进行若干次洗涤，并将洗涤后的金属有机化合物骨架在80至130℃的真空中干燥2至8小时；

S5、将干燥后的金属有机化合物骨架置于250-400℃的氮气炉内加热保温1至3小时。

进一步地，作为本发明的优选方案，该多孔结构钴酸锌含碳复合电极材料的化学通式为Zn_xCo_(3-x)O₄，其中x＝0.1至1。

进一步地，作为本发明的优选方案，该多孔结构钴酸锌含碳复合电极材料的比表面积为50至110m²/g。