[发明专利]一种高电压窗口超级电容器复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电压窗口超级电容器复合电极材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：先将碳布经过氮离子和钠离子共掺杂处理，再用循环伏安法电沉积将镍钴双金属硒化物以纳米形态附着于氮离子和钠离子共掺杂的碳布纤维表面，烘干后即可得到该复合电极材料。本发明制备的复合电极材料具有高的比容量，良好的导电性及稳定性，并能提供高的工作电位。

技术领域

本发明涉及超级电容器复合电极材料技术领域，具体涉及一种高电压窗口超级电容器复合电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器因其具有循环寿命长、充放电速度快和功率密度高等优点备受关注，在航空航天、国防工业、生活生产中具有极其重要和广阔的应用前景，已成为世界各国的研究重点。

但是，容量问题是困扰超级电容器真正走向应用的一大障碍。目前，市场上商业应用的超级电容器多采用活性碳材料电极，能量存储率有限，与锂离子电池相比，超级电容器的能量密度只有锂离子电池的几分之一甚至几十分之一，这限制了超级电容器在储能领域的实际应用。目前的研究显示，利用氧化物、硫化物或者硒化物等作为活性物质的电极材料能在一定程度上提升超级电容器的容量，但是提升有限。根据理论指导，超级电容器的能量密度主要取决于电容器的工作电位窗口以及电极材料自身的容量，因此可以通过设计电极材料，通过提高电极材料的工作电位或者比容量来提高电容器的有效比容量。

发明内容

为了解决现上述技术问题，本发明的目的是提供一种高电压窗口超级电容器复合电极材料及其制备方法，以解决现有电极材料比容量低、工作电位低的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种高电压窗口超级电容器复合电极材料，该复合材料是以氮离子和钠离子共掺杂处理的碳布为骨架材料，镍钴双金属硒化物以纳米形态生长于碳布纤维的表面而形成。

进一步，纳米形态镍钴双金属硒化物的比表面为10-150m²/g。

本发明的有益效果为：本发明提供的复合电极材料，有效结合了氮钠共掺杂碳布的高柔韧性、宽工作电压窗口、高导电性及镍钴双金属硒化物的高比容量，使复合电极材料能够提供高的工作电压窗口并展现出优异的电化学性能，比如良好的循环稳定性、高导电性及高比容量。

本发明还提供一种高电压窗口超级电容器复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)以Na₂SO₄溶液为电沉积液，以碳布作为工作电极，用电沉积法得到钠离子掺杂的碳布，其中，Na₂SO₄溶液浓度为0.2-50mol/L；

(2)将氨水和水合肼混合水溶液与步骤(1)所得物一起放入反应釜中，进行水热反应，得到氮离子和钠离子共掺杂的碳布，其中，反应温度为110-130℃，反应时间为10-13h；

(3)以NiCl₂、CoCl₂、SeO₂和LiCl混合溶液为电沉积溶液，以步骤(2)所得物为工作电极，用循环伏安法电沉积得到表面生长有纳米形态镍钴双金属硒化物的氮离子和钠离子共掺杂碳布；

(4)将步骤(3)所得物于50-70℃烘干，即可得高电压窗口超级电容器复合电极材料。