一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料及制备方法
本发明涉及一种电化学储能器件领域，尤其涉及一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料及制备方法。
背景技术：
1、高功率密度的超级电容器(sc)和具备高能量密度的锂离子电池(lib)两者在适当的条件下匹配组合来实现高功率密度和较高的能量密度，开发了超级电容器和锂离子电池混合能量存储装置——锂离子混合超级电容器。锂离子混合超级电容器具备功率密度相对较高、充电时间短、工作寿命长、可长期放置，理论上无需维护等优点。锂离子混合超级电容器主要由电池型负极材料、电容型正极材料和电解液组成。
2、超级电容器的电极材料包括碳材料、金属氧化物、导电聚合物材料等，普遍使用碳材料为主，例如活性炭、碳纳米管、碳纤维、碳气凝胶、纳米结构介孔碳、石墨烯等。石墨烯作为锂离子混合超级电容器的电极材料，是因为石墨烯可以增加材料的柔韧性，提升充放电过程中抵抗体积效应的能力，从而提升电极材料的循环稳定性。尽管石墨烯在碳材料中性能显著，但是由于石墨烯材料只能依靠双电层进行能量存储，所以导致超级电容器理论比电容和能量密度均偏低，同为电极材料能弥补这一点的过渡金属氧化物赝电容材料具有较大的能量密度。但是当碳材料和过渡金属氧化物单一的作为锂离子电容器电极材料时，并不能同时获得高能量密度、高功率密度和优异的循环寿命。将碳材料与过渡金属氧化物进行复合，利用二者间的协同作用，制备出性能优异的复合电极材料是新型电极材料开发的新趋势。因此急需开发一种新型的复合电极材料来提升混合电容器的能量密度。
技术实现思路
1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料及制备方法，得到co3o4@nife2o4/rgo复合材料，获得了高能量密度、高功率密度以及优异的循环寿命。
2、技术方案：为实现上述目的，一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料，包括由co3o4构成的纳米棒；所述co3o4构成纳米棒表面附着若干nife2o4纳米片球。
3、进一步的，所述由co3o4构成的纳米棒的长度范围为1.9μm～2.4μm，纳米棒的宽度范围为0.15μm～0.28μm。
4、进一步的，所述nife2o4纳米片球的直径范围为2.3μm～2.8μm。
5、进一步的，一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
6、s1-1、采用改进的hummers法合成氧化石墨烯go溶液，将泡沫镍在氧化石墨烯go溶液中浸泡一定时间，浸泡完成后进行烘干，得到沉积在泡沫镍上的氧化石墨烯go；
7、s1-2、将沉积在泡沫镍上的氧化石墨烯go放入具有聚四氟乙烯为内衬的反应釜中，并在反应釜中加入n2h4·h2o，将反应釜加热反应，反应完成将反应釜取出并冷却，得到还原氧化石墨烯rgo样品；
8、s1-3、将还原氧化石墨烯rgo样品放入fecl3和hcl的混合溶液浸泡一定时间，以刻蚀除去泡沫镍模板；
9、s1-4、将刻蚀除去泡沫镍模板的还原氧化石墨烯rgo样品进行清洗，清洗后的还原氧化石墨烯rgo样品加热烘干，得到泡沫型三维还原氧化石墨烯rgo。
10、进一步的，一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料的制备方法，还包括以下步骤：
11、s2-1、将co(no3)2·6h2o和脲溶于h2o中，并搅拌至澄清，得到混合液a；
12、s2-2、将混合液a加入到放有处理好的泡沫型三维还原氧化石墨烯rgo基底的反应釜中，并加热反应；
13、s2-3、前驱体用水，洗涤步骤s2-2中反应后的反应釜，并加热进行干燥；
14、s2-4、将ni(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、nh4f和脲溶于h2o中，并搅拌至澄清，得到混合液b；
15、s2-5、将混合液b加入步骤s2-3中干燥后的反应釜中，并加热反应；
16、s2-6、前驱体用水，洗涤步骤s2-5中反应后的反应釜，并加热进行干燥，并将前驱体在345℃～360℃下煅烧一定时间，得到co3o4@nife2o4/rgo复合材料。
17、进一步的，所述步骤s1-2中将反应釜加热反应，将反应釜加热到80℃～95℃的温度环境下反应5-7h。
18、进一步的，所述步骤s2-2中并加热反应，将反应釜加热到110℃～130℃温度条件下反应4-8h。
19、进一步的，所述步骤s2-5中并加热反应，将反应釜加热到90℃～110℃温度条件下反应2-4h。
20、有益效果：本发明的一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料及制备方法，得到co3o4@nife2o4/rgo复合材料；co3o4@nife2o4/rgo复合材料表现出更优秀的电化学性质，在发生了可逆的氧化还原反应说明了co3o4@nife2o4/rgo复合材料具有良好的赝电容性质；co3o4@nife2o4/rgo复合材料作为电极材料，在使用时放电曲线明显长于先前的co3o4制作的电极，co3o4@nife2o4/rgo复合材料具有更高比电容；co3o4@nife2o4/rgo复合材料同时获得了高能量密度、高功率密度以及优异的循环寿命。
技术特征：
1.一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料，其特征在于：包括由co3o4构成的纳米棒；所述co3o4构成纳米棒表面附着若干nife2o4纳米片球。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料，其特征在于：所述由co3o4构成的纳米棒的长度范围为1.9μm～2.4μm，纳米棒的宽度范围为0.15μm～0.28μm。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料，其特征在于：所述nife2o4纳米片球的直径范围为2.3μm～2.8μm。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料的制备方法，其特征在于：还包括以下步骤：
6.根据权利要求4所述的一种三维碳基底锂离子混合超级电容器的电极制备方法，其特征在于：所述步骤s1-2中将反应釜加热反应，将反应釜加热到80℃～95℃的温度环境下反应5-7h。
7.根据权利要求5所述的一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s2-2中并加热反应，将反应釜加热到110℃～130℃温度条件下反应4-8h。
8.根据权利要求5所述的一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s2-5中并加热反应，将反应釜加热到90℃～110℃温度条件下反应2-4h。
技术总结
本发明公开了一种锂离子混合超级电容器的复合电极材料及制备方法，得到Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@NiFe<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;/rGO复合材料，采用Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@NiFe<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;/rGO复合材料作为锂离子混合超级电容器的复合电极材料，Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@NiFe<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;/rGO复合材料表现出更优秀的电化学性质，具有良好的赝电容性质，并具有更高比电容；使得锂离子混合超级电容器获得了高能量密度、高功率密度以及优异的循环寿命。
技术研发人员：张馨洋,邓佳瑶,朱心月,杨潇潇
受保护的技术使用者：江苏信息职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23