[发明专利]一种纳米花状NiS@NiCo2

说明书

本发明提供了一种以NiO纳米片为基质、负载纳米花状NiS@NiCo₂S₄微、纳米电极材料，本发明所述的纳米花状NiS@NiCo₂S₄微、纳米电极材料应用在超级电容器中，具有优良的导电性、高电容和高功率密度等性能。本发明还提供了所述微、纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)泡沫镍的处理；(2)NiO纳米片的制备；(3)NiO@NiCo₂O₄微、纳米材料的制备(4)NiS@NiCo₂S₄微、纳米材料的制备；本发明还提供了上述微、纳米复合材料的应用。

技术领域

本发明属于微、纳米复合材料制备和超级电容器应用技术领域，涉及一种以 NiO纳米片为基质具有高储能性能的纳米花状NiS@NiCo₂S₄微、纳米电极材料合成方法和应用。

背景技术

目前，用于超级电容器电极材料不再局限于传统碳材料和金属氧化物材料，金属硫化物作为电极材料也得到了广泛的研究。由于其具有较好的比电容，大的功率密度等特点，在制备电极材料方面有着独特的优势，因此被广泛应用到光伏行业和新能源汽车工业等方面。最为广泛的制备过渡金属氧化物或硫化物的方法是气相沉淀法以及模板法合成多种形貌的金属硫化物。然而，这些合成方法不适用于在导电基质上合成具有大的比表面积的金属硫化物核壳纳米异质结构，且操作复杂成本较高。本文通过简单的水热法，在无需添加粘合剂或导电添加剂的条件下，将复合材料直接生长在导电基板上，形成非致密纳米结构层，成功制备硫化钴镍纳米棒，并研究了该种金属硫化物自支撑材料应用于超级电容器中的电化学性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种以NiO纳米片为基质、负载花状结构NiS@NiCo₂S₄复合材料；本发明还提供了纳米花状NiS@NiCo₂S₄微、纳米电极材料的制备方法及其在超级电容器中应用，首先通过简单和低成本的水热法和热处理工艺在泡沫镍上原位生长NiO纳米片。然后采用水热法将NiCo₂O₄纳米线沉积在NiO纳米片骨架上，形成分层的异质纳米结构。最后，用Na₂S水溶液对NiO@NiCo₂O₄进行硫化得到纳米花状NiS@NiCo₂S₄微、纳米电极材料。最终，将其直接用作超级电容器的电极材料，对构建的超级电容器性能进行了测试。结果表明，纳米花状结构NiS@NiCo₂S₄微、纳米复合材料作为电极构建的超级电容器性能优于纯NiO纳米片和单独NiCo₂S₄纳米棒材料作为电极材料构建的超级电容器。在三电极系统中，当电流密度为1mA cm^-2时，构建的电容器的比电容可达15.51F cm^-2。在电流密度从1mA cm^-2增加到10mA cm^-2的情况下电容保留率可达82％，表明其良好的倍率性能且具备在大电流密度条件下充放电的能力。电极材料在电流密度为40mA cm^-2时，经过3500次充放电试验后电容保留率为79.8％，表明电极材料有良好的循环稳定性。更重要的是，以纳米花状结构NiS@NiCo₂S₄微、纳米复合材料和活性炭(AC)分别作为作为正负极(NiS@NiCo₂S₄/NF//AC)组装的二电极系统，电极在2000次循环周期内仍具有良好的循环性能，电容保持率为78.6％，在10mA cm^-2电流密度下，构建的超级电容器的能量密度达到5.85Wh kg^-1，功率密度达到117.65W kg^-1。综上所述，制备的纳米花状结构NiS@NiCo₂S₄微、纳米复合材料在电化学储能方面具有很好的应用前景。