柔性棉布负载双金属硒化物NixCo9-xSe超级电容器电极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及超级电容器电极材料制备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种柔性棉布负载双金属硒化物nixco9-xse超级电容器电极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

随着新一代柔性电子产业的快速发展，例如可穿戴便携式电子设备，可植入医学产品，适形健康传感器等等，其电源设备需要更好的机械柔性，并同时能够提供高能量、大功率以及长寿命。碳布被广泛应用于柔性电子器件，其具有耐高温、耐腐蚀、导电、传热和热膨胀系数小等优点，但同时碳布具有机械性能差，加工时需要进行复杂的应力计算，成本高等缺点。镍布保持了碳布的众多优点，同时具有柔韧性、机械性能好，重量轻，成本低廉等性能，可作为柔性超级电容器电极材料的基底。

有文献报道由双金属镍钴硒化物nicose制备的电极材料可提供2.33fcm^-2的电容量，也有相关文献报道其他双金属硒化物超级电容器，例如cuxmoysez具有优异的比电容和稳定性(cn106783202a)、三维多孔ni0.85se/co9se8纳米复合材料也具有良好的电化学性能(cn106057480a)，在超级电容器领域具有很大的发展潜能，但是这些电极材料的电化学活性仍不够理想，仍需开发出一种新型电极材料，进一步提高超级电容器的电化学性能。

基于上述理由，提出本申请。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对背景技术中所指出的问题及现有技术存在的不足，提供了一种柔性棉布负载双金属硒化物nixco9-xse超级电容器电极材料及其制备方法和应用。

为了实现本发明的上述第一个目的，发明人通过大量的实验研究，开发出了一种柔性棉布负载双金属硒化物nixco9-xse超级电容器电极材料，所述nixco9-xse中，x为0≤x≤9。

进一步的，上述技术方案中所述nixco9-xse中x优选为4.5。

本发明的第二个目的在于提供上述所述的柔性棉布负载双金属硒化物nixco9-xse超级电容器电极材料的制备方法，是以纯棉布为基底，依次将基底进行除油、敏化、活化、化学镀镍、制备前驱体及硒化处理，所述方法具体包含如下步骤：

(1)除油：在30～40℃条件下，将基底材料放入除油液中浸泡5～30min，然后用去离子水洗涤得到除油后的基底材料，其中，所述除油液是曲拉通的水溶液，所述除油液中曲拉通的浓度为1～5％。

(2)敏化：在30～40℃条件下，将步骤(1)所述除油好的基底材料放入敏化液中浸泡5～30min，然后用去离子水洗涤得到敏化后的基底材料，其中，所述敏化液是由氯化亚锡、盐酸组成的混合溶液，所述敏化液中氯化亚锡的浓度为10～20g/l，盐酸的浓度为0.1～0.2m；

(3)活化：在30～40℃条件下，将步骤(2)所述敏化好的基底材料放入活化液中浸泡5～20min，然后用去离子水洗涤得到活化后的基底材料，其中，所述活化液是由氯化钯、盐酸组成的混合溶液，所述活化液中氯化钯的浓度为0.1～0.2g/l，盐酸的浓度为0.02～0.05m；

(4)化学镀镍：在30～40℃条件下，将步骤(3)所述活化后的基底材料置于化学镀液中反应5～20min，使基底表面镀上金属镍层，其中，所述化学镀液是由六水合硫酸镍、柠檬酸三钠、次亚磷酸钠、氯化铵组成的混合溶液，所述化学镀液中硫酸镍浓度为10～30g/l，柠檬酸三钠浓度为5～15g/l，次亚磷酸钠浓度为20～40g/l，氯化铵浓度为20～40g/l，所述化学镀液ph值为8.5～9.5；

(5)制备前驱体：在100～200℃条件下，将步骤(4)中制得的表面镀有金属镍层的基底材料置于混合溶液中水热反应5～24h，取出，用去离子水和无水乙醇洗涤干燥后，得到所述的前驱体，其中，所述混合溶液由六水合氯化镍、六水合氯化钴中的任一种或两种、尿素、去离子水组成，所述六水合氯化镍和六水合氯化钴的摩尔比为(0～9)：(9～0)，所述尿素与去离子水的配比为(10～20)mmol：(50～70)ml；

(6)硒化：在120～220℃条件下，将步骤(5)中制得的前驱体材料置于硒化液中水热反应5～24h，取出，用去离子水和无水乙醇洗涤干燥后，得到所述的硒化物，其中，所述硒化液由硒粉、硼氢化钠、无水乙醇、去离子水组成，所述硒粉和硼氢化钠的摩尔比为1：1，所述硒粉与去离子水的体积比为2mmol：50ml。

进一步地，上述技术方案步骤(4)中所述的化学镀液中硫酸镍浓度为20g/l，柠檬酸三钠浓度为10g/l，次亚磷酸钠浓度为30g/l，氯化铵浓度为30g/l。

进一步地，上述技术方案步骤(5)中所述的水热反应时间优选为10h。

进一步地，上述技术方案步骤(5)中所述的所述六水合氯化镍和六水合氯化钴的摩尔比优选为1：1。

进一步地，上述技术方案步骤(5)中所述尿素与去离子水的配比为12mmol：60ml。

进一步地，上述技术方案步骤(6)中所述无水乙醇与去离子水的体积比为(1～10)：50。

本发明的第三个目的，在于提供上述所述方法制得的柔性棉布负载双金属硒化物nixco9-xse电极材料的应用，可用于超级电容器。

与现有技术相比，本发明的一种柔性棉布负载双金属硒化物nixco9-xse超级电容器电极材料及其制备方法和应用具有如下有益效果：

(1)本发明采用简单的水热法，通过调整反应物和溶剂的组成比例，实现了不同镍钴掺杂量的nixco9-xse电极材料的可控合成，本发明方法所用试剂常用、便宜，低成本；制备步骤简单、易于工业化生产；且采用本发明方法制得的产物形貌可控，纯度高、结晶性好，所合成的不同钴掺杂量的nixco9-xse材料均可用于超级电容器；

(2)将本发明制得的nixco9-xse电极材料应用于超级电容器，测试结果表明本发明的电极材料均表现出高效的赝电容性能和比电容，特别是镍钴配比为1：1条件下制备的电极材料的电化学性能最优异：其在电流密度为2macm^-2条件下，比电容可高达8.85fcm^-2；

(3)利用本发明的电极材料制得的超级电容器，界面内阻小，能量密度高，赝电容高，且由于本发明的电极材料采用柔性基底，相对于传统金属箔有更好的加工性能，且本发明的柔性棉布基底，在高温时可自动收缩熔断，提高了电容器的安全性能；

(4)本发明制备方法工艺简单易操作，成本低，适用于工业化规模大生产。

附图说明

图1为本发明柔性棉布负载双金属硒化物nixco9-xse超级电容器电极材料的制备工艺过程示意图；

图2为本发明实施例4中镍钴配比为1：1条件下制备得到的前驱体在1万倍条件下的sem图；

图3为本发明实施例4中镍钴配比为1：1条件下制备得到的前驱体硒化处理后在1万倍条件下的sem图；

图4为本发明实施例1～7中不同镍钴配比条件下制得的棉布负载的双金属硒化物nixco9-xse复合电极在5mvs^-1扫描速率下的循环伏安曲线对比图；

图5为本发明实施例1～7中不同镍钴配比条件下制得的棉布负载的双金属硒化物nixco9-xse复合电极的比电容曲线对比图；

图6为本发明实施例1～7中不同镍钴配比条件下制得的棉布负载的双金属硒化物nixco9-xse复合电极在不同电流密度条件下的比电容值对比图。

具体实施方式

下面对本发明的实施案例作详细说明。本实施案例在本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施案例。

根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。

为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。

实施例1

本实施例的一种柔性棉布负载双金属硒化物ni0co9se超级电容器电极材料，是以纯棉布为基底，依次将基底进行除油、敏化、活化、化学镀镍、制备前驱体及硒化处理，如图1所示，所述方法具体包含如下步骤：

(1)除油：在35℃条件下，将基底材料放入除油液中浸泡10min，然后用去离子水洗涤得到除油后的基底材料，其中，所述除油液是曲拉通的水溶液，所述除油液中曲拉通的浓度为2％。

(2)敏化：在35℃条件下，将步骤(1)所述除油好的基底材料放入敏化液中浸泡10min，然后用去离子水洗涤得到敏化后的基底材料，其中，所述敏化液是由氯化亚锡、盐酸组成的混合溶液，所述敏化液中氯化亚锡的浓度为15g/l，盐酸的浓度为0.15m；

(3)活化：在35℃条件下，将步骤(2)所述敏化好的基底材料放入活化液中浸泡10min，然后用去离子水洗涤得到活化后的基底材料，其中，所述活化液是由氯化钯、盐酸组成的混合溶液，所述活化液中氯化钯的浓度为0.15g/l，盐酸的浓度为0.03m；

(4)化学镀镍：在35℃条件下，将步骤(3)所述活化后的基底材料置于化学镀液中反应10min，使基底表面镀上金属镍层，其中，所述化学镀液是由六水合硫酸镍、柠檬酸三钠、次亚磷酸钠、氯化铵组成的混合溶液，所述化学镀液中六水合硫酸镍浓度为20g/l，柠檬酸三钠浓度为10g/l，次亚磷酸钠浓度为30g/l，氯化铵浓度为30g/l，所述化学镀液ph值为8.5～9.5；

(5)制备前驱体：在120℃条件下，将步骤(4)中制得的表面镀有金属镍层的基底材料置于混合溶液中水热反应10h，取出，用去离子水和无水乙醇洗涤干燥后，得到所述的前驱体，其中，所述混合溶液由六水合氯化钴、尿素、去离子水组成，所述六水合氯化钴的用量为9mmol，所述尿素的用量为12mmol，去离子水的用量为60ml。

(6)硒化：在180℃条件下，将步骤(5)中制得的前驱体材料置于混合溶液中水热反应12h，取出，用去离子水和无水乙醇洗涤干燥后，得到所述的硒化物，其中，所述混合溶液由硒粉、硼氢化钠、无水乙醇、去离子水组成，所述硒粉和硼氢化钠的用量均为2mmol，所述无水乙醇与去离子水的用量分别为3ml、50ml。

上述技术方案步骤(4)中所述化学镀液是按如下方法制备而成的：

(i)按配比称取各组分原料，并分别将各原料均匀分散于去离子水中，过滤，制得单组分浓溶液；

(ii)在化学镀槽内加入柠檬酸三钠浓溶液，稀释，然后在搅拌条件下依次加入氯化铵浓溶液、硫酸镍浓溶液、次亚磷酸钠浓溶液，搅拌均匀后稀释至规定体积，最后用氢氧化钠溶液调节所述化学镀液的ph值。

上述技术方案步骤(6)中所述硒化液是按如下方法制备而成的：

按配比称取硒粉和硼氢化钠置于聚四氟乙烯内胆，然后按配比加入去离子水和无水乙醇，待溶液由黑色反应至红色后制得。

实施例2

本实施例的一种柔性棉布负载双金属硒化物ni1.5co7.5se超级电容器电极材料，与实施例1的电极材料制备方法基本相同，区别仅在于：步骤(5)中所述混合溶液由六水合氯化镍、六水合氯化钴、尿素、去离子水组成，其中：六水合氯化镍的用量为1.5mmol，六水合氯化钴的用量为7.5mmol。

实施例3

本实施例的一种柔性棉布负载双金属硒化物ni3co6se超级电容器电极材料，与实施例2的电极材料制备方法基本相同，区别仅在于：步骤(5)中六水合氯化镍的用量为3mmol，六水合氯化钴的用量为6mmol。

实施例4

本实施例的一种柔性棉布负载双金属硒化物ni4.5co4.5se超级电容器电极材料，与实施例2的电极材料制备方法基本相同，区别仅在于：步骤(5)中六水合氯化镍的用量为4.5mmol，六水合氯化钴的用量为4.5mmol。

实施例5

本实施例的一种柔性棉布负载双金属硒化物ni6co3se超级电容器电极材料，与实施例2的电极材料制备方法基本相同，区别仅在于：步骤(5)中六水合氯化镍的用量为6mmol，六水合氯化钴的用量为3mmol。

实施例6

本实施例的一种柔性棉布负载双金属硒化物ni7.5co1.5se超级电容器电极材料，与实施例2的电极材料制备方法基本相同，区别仅在于：步骤(5)中六水合氯化镍的用量为7.5mmol，六水合氯化钴的用量为1.5mmol。

实施例7

本实施例的一种柔性棉布负载双金属硒化物ni9co0se超级电容器电极材料，与实施例1的电极材料制备方法基本相同，区别仅在于：步骤(5)中所述混合溶液由六水合氯化镍、尿素、去离子水组成，其中：六水合氯化镍的用量为9mmol。

实施例8

本实施例的一种柔性棉布负载双金属硒化物ni4.5co4.5se超级电容器电极材料的制备方法，是以纯棉布为基底，依次将基底进行除油、敏化、活化、化学镀镍、制备前驱体及硒化处理，所述方法具体包含如下步骤：

(1)除油：在30℃条件下，将基底材料放入除油液中浸泡30min，然后用去离子水洗涤得到除油后的基底材料，其中，所述除油液是曲拉通的水溶液，所述除油液中曲拉通的浓度为1％；

(2)敏化：在30℃条件下，将步骤(1)所述除油好的基底材料放入敏化液中浸泡30min，然后用去离子水洗涤得到敏化后的基底材料，其中，所述敏化液是由氯化亚锡、盐酸组成的混合溶液，所述敏化液中氯化亚锡的浓度为10g/l，盐酸的浓度为0.1m；

(3)活化：在30℃条件下，将步骤(2)所述敏化好的基底材料放入活化液中浸泡20min，然后用去离子水洗涤得到活化后的基底材料，其中，所述活化液是由氯化钯、盐酸组成的混合溶液，所述活化液中氯化钯的浓度为0.1g/l，盐酸的浓度为0.02m；

(4)化学镀镍：在30℃条件下，将步骤(3)所述活化后的基底材料置于化学镀液中反应20min，使基底表面镀上金属镍层，其中，所述化学镀液是由六水合硫酸镍、柠檬酸三钠、次亚磷酸钠、氯化铵组成的混合溶液，所述化学镀液中硫酸镍浓度为10g/l，柠檬酸三钠浓度为5g/l，次亚磷酸钠浓度为20g/l，氯化铵浓度为20g/l，所述化学镀液ph值为8.5；

(5)制备前驱体：在200℃条件下，将步骤(4)中制得的表面镀有金属镍层的基底材料置于混合溶液中水热反应5h，取出，用去离子水和无水乙醇洗涤干燥后，得到所述的前驱体，其中，所述混合溶液由六水合氯化镍、六水合氯化钴、尿素、去离子水组成，所述六水合氯化镍和六水合氯化钴的用量均为4.5mmol，所述尿素的用量为10mmol，去离子水的用量为50ml；

(6)硒化：在220℃条件下，将步骤(5)中制得的前驱体材料置于硒化液中水热反应5h，取出，用去离子水和无水乙醇洗涤干燥后，得到所述的硒化物，其中，所述硒化液由硒粉、硼氢化钠、无水乙醇、去离子水组成，所述硒粉和硼氢化钠的用量分别为2mmol，所述无水乙醇的用量为1ml，去离子水的用量为50ml。

实施例9

本实施例的一种柔性棉布负载双金属硒化物ni4.5co4.5se超级电容器电极材料的制备方法，是以纯棉布为基底，依次将基底进行除油、敏化、活化、化学镀镍、制备前驱体及硒化处理，所述方法具体包含如下步骤：

(1)除油：在40℃条件下，将基底材料放入除油液中浸泡5min，然后用去离子水洗涤得到除油后的基底材料，其中，所述除油液是曲拉通的水溶液，所述除油液中曲拉通的浓度为5％。

(2)敏化：在40℃条件下，将步骤(1)所述除油好的基底材料放入敏化液中浸泡5min，然后用去离子水洗涤得到敏化后的基底材料，其中，所述敏化液是由氯化亚锡、盐酸组成的混合溶液，所述敏化液中氯化亚锡的浓度为20g/l，盐酸的浓度为0.2m；

(3)活化：在40℃条件下，将步骤(2)所述敏化好的基底材料放入活化液中浸泡5min，然后用去离子水洗涤得到活化后的基底材料，其中，所述活化液是由氯化钯、盐酸组成的混合溶液，所述活化液中氯化钯的浓度为0.2g/l，盐酸的浓度为0.05m；

(4)化学镀镍：在40℃条件下，将步骤(3)所述活化后的基底材料置于化学镀液中反应5min，使基底表面镀上金属镍层，其中，所述化学镀液是由六水合硫酸镍、柠檬酸三钠、次亚磷酸钠、氯化铵组成的混合溶液，所述化学镀液中硫酸镍浓度为10～30g/l，柠檬酸三钠浓度为15g/l，次亚磷酸钠浓度为40g/l，氯化铵浓度为40g/l，所述化学镀液ph值为9.5；

(5)制备前驱体：在100℃条件下，将步骤(4)中制得的表面镀有金属镍层的基底材料置于混合溶液中水热反应24h，取出，用去离子水和无水乙醇洗涤干燥后，得到所述的前驱体，其中，所述混合溶液由六水合氯化镍、六水合氯化钴、尿素、去离子水组成，所述六水合氯化镍和六水合氯化钴的用量均为4.5mmol，所述尿素的用量为20mmol，去离子水的用量为70ml；

(6)硒化：在120℃条件下，将步骤(5)中制得的前驱体材料置于硒化液中水热反应24h，取出，用去离子水和无水乙醇洗涤干燥后，得到所述的硒化物，其中，所述硒化液由硒粉、硼氢化钠、无水乙醇、去离子水组成，所述硒粉和硼氢化钠的用量分别为2mmol，所述无水乙醇的用量为10ml，去离子水的用量为50ml。

应用实施例1

将上述实施例1～7制得的柔性棉布负载双金属硒化物应用于电极材料，封装成超级电容器，其电化学性能在电化学工作站中进行。图4为不同镍钴配比条件下制得的棉布负载的双金属硒化物复合电极在5mvs^-1扫描速率下的循环伏安曲线对比图，由图4可以看出，本发明的复合电极均具有两对明显的氧化还原峰，可提供高效的赝电容性能。

图5为不同镍钴配比条件下棉布负载的双金属硒化物nixco9-xse复合电极的比电容曲线对比图，由图5可以看出，在电流密度为2macm^-2条件下，由镍钴配比为1：1制备的电极材料，其比电容可高达8.85fcm^-2。

图6为本发明实施例1～7中不同镍钴配比条件下制得的棉布负载的双金属硒化物nixco9-xse复合电极在不同电流密度条件下的比电容值对比图，由图6可以看出，实施例4制得的柔性棉布负载双金属硒化物ni4.5co4.5se、ni9co0se超级电容器电极材料表现出优异的比电容性能。

实施例8～9制得的柔性棉布负载双金属硒化物ni4.5co4.5se超级电容器电极材料的电化学性能与实施例4制得的电极材料的电化学性能基本相同。