一种超级电容器电极材料NiCoMn-LDH/功能化石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超级电容器电极材料NiCoMn

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器电极材料NiCoMn
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LDH/功能化石墨烯的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种超级电容器电极材料NiCoMn
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LDH/功能化石墨烯的制备方法，属于电化学材料


技术介绍

[0002]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。
[0003]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
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LDH、NiMn
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LDH、NiCo
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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。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种超级电容器电极材料NiCoMn
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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。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种超级电容器电极材料NiCoMn
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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
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2,5
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二磺酸单钠盐与CG相结合，得到功能化石墨烯（FGN）；（2）制备NiCoMn
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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
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LDH分散液；（3）制备超级电容器电极材料NiCoMn
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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
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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
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LDH/功能化石墨烯（FGN）。
[0006]本专利技术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。
[0007]本专利技术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。
[0008]本专利技术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。
[0009]本专利技术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。
[0010]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤（2）中镍、钴和锰元素的摩尔比为8:4:1～4。
[0011]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤（2）中镍、钴和锰元素的摩尔比为8:4:3。
[0012]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤（2）中的简单共沉淀法还需要加入氯化钠水溶液。
[0013]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤（3）中NiCoMn
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LDH与功能化石墨烯（FGN）的质量比为10:1～1:10。
[0014]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术效果有：本专利技术合成的超级电容器电极材料NiCoMn
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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。
[0015]本专利技术将功能化石墨烯与NiCoMn
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LDH制成复合电极材料，进一步调控了LDHs纳米片的表面电子结构，改善了界面电荷输运，提高了电子和离子的传输能力。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例1制备NiCoMn
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LDH/FGN的XRD图；图2是本专利技术实施例1与对照例2和3制备样品的热重对比图；图3是本专利技术实施例2制备NiCoMn
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LDH/FGN的SEM图；图4是本专利技术实施例2制备NiCoMn
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LDH/FGN的TEM图；图5是本专利技术实施例3制备NiCoMn
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LDH/FGN的循环伏安曲线图；图6是本专利技术实施例4制备NiCoMn
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LDH/FGN的充放电曲线图；图7是本专利技术对照例1制备NiCoMn
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LDH/FGN的充放电曲线图；图8是本专利技术实施例1与对照例2和照例3制备样品的循环稳定性对比图；图9是本专利技术对照例3制备NiCoMn
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LDH/CG的TEM图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细说明：一种超级电容器电极材料NiCoMn
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LDH/功能化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：（1）制备功能化石墨烯使用改进的Hummers方法制备得到氧化石墨烯。将管式炉升温至800℃后，每次取
研磨的氧化石墨烯约0.1g放入坩埚，将坩埚放置于管式炉中，约120秒后取出，得到热还原氧化石墨烯（rGO）。
[0018]取对氨基苯甲酸放入装有一定量的浓盐酸和去离子水的烧杯中冷却至0℃，再逐滴滴入NaNO2溶液，待温度降至0℃，搅拌10分钟后取rGO加入到烧杯中，搅拌10～14h后中止反应，离心并用无水乙醇、盐酸和去离子水分别进行洗涤，待洗涤完成后，在60℃的烘箱中烘12小时，得到重氮化石墨烯（CG）。
[0019]取苯胺
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2,5
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二磺酸单钠盐溶于去离子水中，再加入1
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(3
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二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐EDCl和N
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羟基琥珀酰亚胺NHS，常温搅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器电极材料NiCoMn
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LDH/功能化石墨烯的制备方法，其特征在于，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
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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
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LDH分散液；（3）制备超级电容器电极材料NiCoMn
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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
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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
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LDH/功能化石墨烯（FGN）。2.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料NiCoMn
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LDH/功能化石墨烯的制备方法，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料NiCoMn
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LDH/功能化石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中镍元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：田华，来媛楠，李旺，王林，于志凤，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
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