[发明专利]一种超级电容器电极材料NiCoMn-LDH/功能化石墨烯的制备方法

说明书

本发明涉及一种超级电容器电极材料NiCoMn‑LDH/功能化石墨烯的制备方法，属于电化学材料技术领域，包括三个步骤：（1）制备功能化石墨烯，（2）制备NiCoMn‑LDH，（3）制备超级电容器电极材料NiCoMn‑LDH/功能化石墨烯（FGN）。本发明合成的超级电容器电极材料NiCoMn‑LDH/功能化石墨烯具有较高的容量和优异循环稳定性性能，同时组装的不对称超级电容器具有较高的能量密度、功率密度以及较好的循环稳定性；同时合成方法简便易操作，成本相对较低，所需试剂种类少且对环境友好，解决了LDH材料在超级电容器大规模应用的难题。

技术领域

本发明涉及一种超级电容器电极材料NiCoMn-LDH/功能化石墨烯的制备方法，属于电化学材料技术领域。

背景技术

随着石油、煤等化石能源消耗的日益加剧，以及其使用带来的污染和温室效应日益明显，寻求一种低消耗、高储能、清洁无污染的新型能源尤为重要。超级电容器具有高比容量、高功率密度、高倍率性能以及长循环寿命等优点，在储能上具有非常广阔的前景应用，超级电容器主要由电极、电解液、隔膜三部分组成。其中电极材料对超级电容器的性能起着决定性影响，研究制备高性能的电极材料对超级电容器的发展起着至关重要的作用。

石墨烯材料是一类应用广泛的二维薄膜材料，拥有较高的导电性、高比表面积、稳定性好以及机械性能好等优点，所以石墨烯材料具有很大的应用空间。层状双金属氢氧化物又被简称为LDHs，是由两种或两种以上金属元素组成的特殊结构的层状晶体氢氧化物，由于其具有特殊且规整的二维层状结构，使得其层间离子可以进行置换甚至可以剥离成单层结构，同时又具有较高的理论容量，LDHs被认为是一类非常具有研究意义的电池型电极材料。常见的电极材料主要有NiAl-LDH、NiMn-LDH、NiCo-LDH等。但由于其导电性能较差且容易团聚堆叠影响其比表面积活性位点，所以其作为电极材料应用受到了极大的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种超级电容器电极材料NiCoMn-LDH/功能化石墨烯的制备方法，将LDHs与拥有高导电率、大比表面积的石墨烯材料结合构成具有较高容量和优异循环稳定性的二维纳米结构的电极材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超级电容器电极材料NiCoMn-LDH/功能化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备功能化石墨烯：以氧化石墨烯为原料、用热还原方法制备得到热还原氧化石墨烯（rGO），再将rGO与对氨基苯甲酸通过重氮化的方式相结合得到重氮化石墨烯（CG），然后在一定温度下通过EDCl缩合反应将苯胺-2,5-二磺酸单钠盐与CG相结合，得到功能化石墨烯（FGN）；

（2）制备NiCoMn-LDH：以无水乙醇为溶剂，在沉淀剂的作用下通过简单共沉淀法将镍钴锰三种元素的金属盐水合物混合形成NiCoMn-LDH分散液；

（3）制备超级电容器电极材料NiCoMn-LDH/功能化石墨烯（FGN）：制备FGN分散液，并将FGN分散液逐滴滴入到NiCoMn-LDH分散液中，常温下机械搅拌10～14h，离心，洗涤、干燥，得到超级电容器电极材料NiCoMn-LDH/功能化石墨烯（FGN）。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤（1）中EDCl缩合反应的反应温度为30～90℃，反应时间为12～72h。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤（2）中镍元素的金属盐为氯化镍、醋酸镍、硫酸镍中任意一种；钴元素的金属盐为氯化钴、醋酸钴、硫酸钴中任意一种；锰元素的金属盐为氯化锰、醋酸锰、硫酸锰中任意一种。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤（2）中的沉淀剂为氨基甲酸铵、碳酸铵和碳酸氢铵的一种。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤（2）中的简单共沉淀法的反应温度为60℃，搅拌反应时间为8～12h。