[发明专利]一种铝掺杂碱式氟化钴超薄纳米片阵列电极的制作方法

说明书

本发明公开了一种铝掺杂碱式氟化钴超薄纳米片阵列电极的制作方法，通过一步水热反应在预先洗涤处理的泡沫镍集流体表面沉积铝掺杂碱式氟化钴活性层，该活性材料呈现超薄纳米片阵列结构，能提供快速电子、离子扩散传输通道，材料中F^‑离子的引入可调节活性材料的晶相，并能提高材料表面极性和亲水性，有助于电极和电解质的充分接触，获得较高电极表面利用率。本发明所制作的铝掺杂碱式氟化钴超薄纳米片阵列法拉第电极可借助Al³⁺和F^‑离子的双掺杂有效调节活性层的物相，电子离子扩散传输通道，表面极性和法拉第活性，从而有效提高电极法拉第电容性能。该电极制作方法简单快捷，电容性能优越，可用于组装高性能超级电容器。

技术领域

本发明属于超级电容器电极的制作技术领域，具体涉及一种铝掺杂碱式氟化钴超薄纳米片阵列电极的制作方法。

背景技术

超级电容器是一类安全高效的能量储存和管理器件，具有优越的功率密度、充放电倍率、循环寿命及良好的操作安全性，在不间断电源、插电或混合动力汽车、电磁脉冲设施以及便携电子产品方面有广泛的应用前景。超级电容器的能量储存方式主要包括双电层电容和法拉第电容两种方式，前者主要通过电解质离子在多孔电极表面的物理吸附储存电荷，由于电解质离子之间的静电斥力，其比容较低。法拉第电容主要通过电极材料的氧化还原反应储存电荷，其储能机理与电池类似，具有更高比容和能量密度。

电极材料是超级电容器电荷储存和传输的主体，其比表面积、电子离子扩散传输通道及法拉第活性直接决定相应超级电容器的储能性能。过渡金属元素具有多种氧化值，可以通过不同氧化值物种之间的多电子氧化还原反应提供较高比容，因此，人们设计合成出各种不同法拉第活性和不同结构的过渡金属化合物电极材料，用以提高超级电容器比容及能量密度。改善电极法拉第活性的传统思路主要包括法拉第活性元素氧化值的调节、不同法拉第活性材料的复合以及表面缺陷的引入等途径。异质元素掺杂是一类提高电极材料法拉第活性的全新方法，可以通过异质元素的引入调节电极材料结构、表面极性及氧化值，从而有效提高电容性能。F元素具有较高电负性和电子亲和能，将其掺入法拉第活性材料晶格当中能有效调节相邻金属元素的氧化值、材料晶相及表面极性，从而显著提高电极法拉第活性。Al³⁺离子具有较高离子势（较高电荷及较小离子半径），不仅能调节法拉第活性过渡金属元素的氧化值，而且能与过渡金属形成层状双金属氢氧化物，提高电极法拉第活性并构建高效电子、离子传输通道，获得更高电容性能。由此可见，通过F^-和Al³⁺对法拉第过渡金属化合物进行双掺杂，有望通过调控法拉第活性和结构特性双重途径提高法拉第材料电容性能，制作出较高比容和能量密度的超级电容器。

基于上述设计思路，本发明采用F^-和Al³⁺调节Co前驱体的水解和组装，在泡沫镍集流体表面沉积Al-Co(OH)F超薄纳米片阵列状活性层，通过两种异质元素离子调控活性层的晶相、表面亲水性及电子、离子传输通道，制作出高性能法拉第电极，用于超级电容器电极展示出良好电容性能。本发明所述的电极制作工艺简便实用，设计新颖，法拉第电容性能优越，可为高性能超级电容器电极的设计提供新的思路。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种铝掺杂碱式氟化钴超薄纳米片阵列电极的制作方法，该方法经过F^-和Al³⁺双掺杂调控电极活性材料晶相、形貌以及法拉第活性，一步水热法便可制作出不含粘结剂的超级电容器电极。所制作的Al-Co(OH)F超薄纳米片阵列状电极是在固定钴盐和铝盐前驱体总用量的情况下，通过调控两者的比例、氟化铵的用量、反应的温度以及时间，优化所制作电极的电容性能，获得了较高比容和良好的循环稳定性。

本发明为解决上述技术问题采取如下技术方案，一种铝掺杂碱式氟化钴超薄纳米片阵列电极的制作方法，其特征在于具体过程为：

步骤S1：泡沫镍集流体的清洗处理