[发明专利]MnOx/CoNi-LDH/CFP超级电容器复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MnOx/CoNi‑LDH/CFP超级电容器复合电极材料及其制备方法，现有的二元复合电极材料比电容、倍率特性和稳定性能比较低，本发明首先采用电化学沉积方法，以碳纤维纸为基底，硝酸钴和硝酸镍混合溶液作为电解液，制备网状结构的CoNi‑LDH，然后继续通过电化学沉积的方法将CoNi‑LDH与MnOx复合，得到MnOx/CoNi‑LDH/CFP复合电极材料。生产成本低廉、比电容高、功率特性优、循环稳定性好。从根本上克服了其它化学方法制备的电极材料易团聚、导电性差、活性低等缺点。

技术领域

本发明属于超级电容器用复合电极材料技术领域。具体涉及到运用简单的两步电化学沉积制备MnOx/CoNi-LDH/CFP超级电容器复合电极材料。

背景技术

全球变暖和能源危机已成为人类面临严峻挑战，发展新型的能量存储装置成为21世纪人类解决能源问题新的有效途径。储能器件目前主要有电池和电化学电容器，电池能量密度高，但是功率密度和稳定性差，而电化学超级电容器作为一种新型的绿色能源，充放电速度快、环境友好、循环寿命长，但是由于能量密度低，存储相同的能量，超级电容器往往在质量和体积方面不占有优势；另外氧化钌是理想的超级电容器电极材料，具有高导电性和高的电化学稳定性，但是稀贵性所带来的高成本成为其商业化的主要障碍，因此提高电极材料比电容和降低成本成为超级电容器进一步发展所面临的主要挑战。

传统的电极材料往往是化学合成的各种粉末状物质，其在制成电极的过程需要引入粘结剂，粘结剂的加入会提高材料内电阻，降低材料的比表面积，从而大大降低活性物质的电容性能，设计并制备结构合理的纳米薄膜电极，对于开发高性能超级电容器用电极材料至关重要。

目前电极材料的制备主要集中在两类，一是双电层电容碳材料，其特点是导电率高、表面积大及稳定性好，但比容一般较低；另一类是用作法拉第电容器的导电聚合物材料及金属(氢)氧化物材料，其比容一般较高，但稳定性较差。寻找低成本高性能的电极材料是当今的研究热点。MnOx，具有极高的电化学可逆性及理论比电容，循环寿命，低成本，是极具研究前景的电极材料，但是目前报道的比电容、倍率特性和稳定性能比较低。研究者制备了多种复合材料提高MnOx的电容性能，例如Jin等人(Jin E M,Lim J G,Jeong S M.Facilesynthesis of graphene-wrapped CNT-MnO₂ nanocomposites for asymmetricelectrochemical capacitors[J].Journal of industrial and engineeringchemistry,2017,54:421-427.)通过化学反应获得CNT-MnO₂复合材料，其最高比电容为202F/g，经过1000次循环，保持94％的比电容；黄等人(Huang M,Zhang Y,Li F,etal.Facile synthesis of hierarchical Co3O4@MnO2 core–shell arrays on Ni foamfor asymmetric supercapacitors[J].Journal of Power Sources,2014,252:98-106.)制备了Co₃O₄@MnO₂复合电极材料，最大比电容为560F/g，经过5000次循环，保持95％的初始比电容；我们制备的MnOx/CFP电极最高比电容为220F/g。碳纤维纸(CFP)，具有高的电导率，是理想的集电极材料。CoNi-LDH具有高的网络结构，可以提高电极活性材料利用率。为了大幅度提高MnOx的电容性能(包括比电容、功率特性等)，本发明利用高导电性的碳纤维纸为基底，然后电化学沉积高比表面积的CoNi-LDH的层状结构的过渡层，以此为基底生长高电化学活性的MnOx，获得无粘结剂的高性能MnOx/CoNi-LDH/CFP复合电极，此复合体系做电容器电极未见报道。

发明内容