[发明专利]一种柔性复合电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于超级电容器电极材料制备领域，具体涉及一种柔性复合电极材料及其制备方法和应用。本发明的柔性复合电极材料的具体制备方法为：将氧化石墨烯、H₂SO₄、植酸在水溶液中混合均匀，转移到水热釜中，水热反应，得到硫磷掺杂石墨烯；将无水五氧化二铌与氢氟酸混合，转移至反应釜中，水热反应，向得到的反应液B中加入草酸铵、硫磷掺杂石墨烯与硝酸钴，再放入密胺海绵，温度升高，加入甲胺溶液，得到钴铌前驱体；将密胺海绵在氮气保护下，煅烧得到CoNb₂O₆/硫磷掺杂石墨烯/密胺海绵柔性复合电极材料。本发明的反应条件温和，易于控制，工艺简便；所制备的CoNb₂O₆分散性好、尺寸均匀可控，用作超级电容器柔性电极具有较高的可逆比电容，有望进行工业化生产。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料制备领域，具体涉及一种柔性复合电极材料及其制备方法和应用，特别涉及一种CoNb₂O₆/硫磷掺杂石墨烯/密胺海绵柔性复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

电动汽车作为未来汽车的发展方向，它的供能系统一直是电动汽车产业发展的关键。超级电容器因其能量密度高、瞬时充放电速度快、使用寿命长和环境友好等优点，成为了科学研究者的首选，而电极材料是决定电容性能的关键因素。

研究高比容量、具有良好循环稳定性和柔韧性的电极材料正方兴未艾，但目前这方面的 材料和制备技术均较为缺乏。传统的柔性电极的制备是用涂覆的方法制备的，具体过程是先将活性物质、导电剂和粘接剂混合，然后涂覆在集流体上。然而，导电剂和粘接剂的加入会降低电极的比容量，且集流体的重量占电极总重量的10-15%，这会极大降低整个电极的比容量。

虽然石墨烯具有2650 m² / g的总表面积，但它的理论比电容限于约550 F / g。杂原子的双掺杂化学，例如硫（S）和磷（P），可以通过由电化学活性位点的形成引起的附加赝电容来改善电容性能。根据杂原子与碳原子之间的不同电负性，可以通过石墨烯晶格的变形以及带长度和角度的变化来提高电化学活性位点。并且，由于碳材料表面的高电子给予性和电荷密度的，双杂原子掺杂的石墨烯可显示出协同的电化学性质。

在过去几年中，过渡金属氧化物（由于其易于制备和高氧化态）已作为赝电容电极材料进行了充分研究。而过渡双金属氧化物，由于阳离子的多种价态和不同的性能使得电子转移能够在较低的活化能下进行，比电容性能提高，是非常理想的超级电容器电极材料。Nb由于其高价态和优异的结构稳定性而开始受到关注，而Co早就因其良好的电容性能而被广泛研究，Co与Nb结合的CoNb₂O₆是兼具两者优异的性能，是合适的电极材料。

然而，将S和P改性双掺杂石墨烯与CoNb₂O₆进行复合尚未被探索为超级电容器的电极。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，如：传统电极材料的导电剂和粘接剂的加入会降低电极的比容量，并且不能经受反复的压力形变和弯曲形变，导电性差等，本发明提供一种工艺简单的CoNb₂O₆/硫磷掺杂石墨烯/密胺海绵柔性复合电极材料（密胺海绵支撑硫磷双掺杂石墨烯负载CoNb₂O₆纳米粒子柔性电极材料）的制备方法。

具体的，本发明通过以下步骤实现：

（1）将氧化石墨烯、H₂SO₄、植酸在水溶液中混合均匀，得到混合液A；

（2）将混合液A转移到水热釜中，水热反应，得到悬浊液，将其过滤、洗涤、真空烘干，得到硫磷掺杂石墨烯；