[发明专利]微纳米球状锌掺杂镍钴双金属磷化物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种微纳米球状锌掺杂镍钴双金属磷化物及其制备方法和应用。将镍盐、钴盐及锌盐溶解在丙三醇和异丙醇的混合溶液中后，进行溶剂热反应，得到锌掺杂镍钴双金属甘油球前驱体；将锌掺杂镍钴双金属甘油球前驱体与次磷酸钠置于保护气氛下，进行煅烧处理，即得具有微纳米球状结构，表面粗糙，且粒径分布较宽的锌掺杂镍钴双金属磷化物。将其用于超级电容器，表现出较高比电容量，且其制备方法操作简单，原料易得，成本低，有利于大规模生产和应用。

技术领域

本发明涉及一种超级电容器电极材料，具体涉及一种微纳米球状锌掺杂镍钴双金属磷化物，还涉及其制备方法以及在超级电容器中的应用，属于电化学储能技术领域。

背景技术

超级电容器是介于传统电容器和化学电池之间的环保储能器件，其具有功率密度高、充放电迅速、循环寿命长，安全环保等优点，在世界各国高性能储能器件的开发中受到广泛关注。超级电容器被应用各种消费电子领域，如便携式设备，后备能源存储设备，混合动力汽车等，但其能量密度较低的缺点，限制了它的实际应用。为了推广超级电容器的工业应用，可以以获得较高的比容量和电压窗口为切入点，研发高能量密度和高功率密度的电极材料来扩展超级电容器的应用范围。

近年来，过渡金属磷化物(TMPs)因其因其高导电性、优异的氧化还原活性、良好的热稳定性及环境友好性，在不对称超级电容器的正极材料中得到了广泛的应用。然而，由于法拉第反应的不可逆性、结构稳定性和电化学稳定性较差，单组分TMPs的电化学性能和循环寿命与商用的超级电容器相比仍存在较大差距。但幸运的是，研究学者发现，与单组分TMPs相比，通过引入异种金属离子的混合TMPs可以提高速率性能、电化学电容性能和电化学稳定性，例如：Li等人制备中空纳米立方体NiCoP电极材料在1A/g条件下,比电容为658.5C/g,且在20A/g的大电流密度下循环5000圈，仍保留有80.7％，展现出了优异的电化学性能(Applied Surface Science,2021,536)。Li等人制备了铁掺杂的普鲁士蓝镍钴磷化物作为高效的析氧反应电催化剂，在290mV的低电压下电流密度为10mA/cm²，是一种性能优异的电催化剂(Electrochimica Acta,2020,367)。Lei等人制备了以泡沫镍为基底的无粘连剂的四组分磷化物Zn-Ni-Co-P,表现出了超高的电化学性能，其容量为在10A/g条件下，达到了1111C/g，组装成的非对称超级电容器能量密度为37.59Wh/Kg，功率密度为856.52W/kg(ACS Appl.Mater.Interfaces 2020,12,9158-9168)，但是其材料的制备方法操作过程繁琐，不能保证镍网上都均匀生长有活性物质，重复性低。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种具有微纳米球状结构、表面粗糙，且粒径分布较宽的锌掺杂镍钴双金属磷化物，该锌掺杂镍钴双金属磷化物具有比表面积大，电子传输路径快等优点，特别是掺杂少量具有高化学活性和导电性的锌元素，使得多种金属元素间能相互协调促进，不同金属的多种氧化态带来的更丰富的法拉得反应动力学，提高电解质离子和电极表面之间的作用，有利于高效充放电，提供较高的比电容。

本发明的第二个目的是在于提供一种微纳米球状锌掺杂镍钴双金属磷化物的制备方法，该方法成本低、制备过程简单、操作条件温和，有利于大规模生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种微纳米球状锌掺杂镍钴双金属磷化物的应用，将其作为超级电容器电极材料，获得的超级电容器具有较高的比电容。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种锌掺杂镍钴双金属磷化物的制备方法，该方法是将镍盐、钴盐及锌盐溶解在丙三醇和异丙醇的混合溶液中后，进行溶剂热反应，得到锌掺杂镍钴双金属甘油球前驱体；将锌掺杂镍钴双金属甘油球前驱体与次磷酸钠置于保护气氛下，进行煅烧处理，即得。