一种超级电容器用氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料的制备方法

本发明涉及超级电容器正极材料，尤其涉及一种超级电容器用氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料的制备方法。

背景技术：

1、由于环境污染的加剧和化石燃料的严重消费等问题日益增多，目前迫切需要开发可持续的能源存储和转换装置。作为一种介于传统电池和静电电容器之间的一种新型储能装置，超级电容器以其高功率密度、长循环寿命、快速充放电等特点，在新能源汽车、便携式电子设备、生物医学等领域引起了广泛关注。因此，对于超级电容器电极材料开发出的有效的性能提升方法意义重大。

2、在超级电容器材料中，具有双金属离子的三元金属硫化物nico2s4，可以为超级电容器提供更丰富的氧化还原反应，提供更多的活性位点。nico2s4中的ni和co离子在氧化还原反应中具有多种氧化态(ni2+、ni3+、co2+及co3+等)，可提供丰富的氧化还原反应和电化学活性，改善电极-电解质接触情况，大大提高超级电容器的性能。然而，nico2s4材料在氧化还原反应过程中存在电子传输固有的缓慢动力学和不理想的稳定性，这限制了它们在超级电容器中的实际应用。因此，nico2s4材料的主要挑战集中在提高本征活性和长期循环稳定性上。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种超级电容器用氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料的制备方法，其解决了现有技术中存在的电沉积制备的单一nico2s4材料电化学性能差，比容量低，稳定性差的问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种超级电容器用氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

4、s1，配制硫化钴镍前驱体电沉积液：

5、称取六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和硫脲的摩尔比为1：2：4，并溶解在去离子水中，通过磁力搅拌60min形成粉红色溶液，即为硫化钴镍前驱体溶液，用于下一步的电沉积；

6、s2，硫化钴镍极片的制备：

7、对泡沫镍进行裁剪，并在电沉积前称量其重量为m1；将s1中所制备的硫化钴镍前驱体溶液倒入沉积池中，采用三电极体系在电化学工作站中采用i-t计时电位法进行沉积，其中pt电极为对电极，ag/agcl电极为参比电极，泡沫镍被夹持在电极夹上作为工作电极，沉积电压为-1-0v，沉积时间为100-300s，将沉积nico2s4后的极片在60-80℃的真空烘箱中干燥24h，取出后称量其质量m2；m2与m1之差即为所沉积的nico2s4的质量，制备的电极记为nico2s4@nf；

8、s3，配置用于制备氮掺杂碳层的前驱体溶液：

9、以乙二醇为碳源，尿素为氮源，配置质量分数为0.1-0.5g/ml的尿素/乙二醇溶液；将尿素与乙二醇在50-70℃下混合搅拌1-2h，待尿素完全溶解，即得用于制备氮掺杂碳层的前驱体溶液；

10、s4，制备氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料：

11、将s2中制备的nico2s4@nf工作电极置于坩埚中，放于管式炉中央，将s3中制备的氮掺杂碳层的前驱体溶液倒入坩埚中，放于管式炉的进气口处，在350-450℃再退火2-5h；当系统内的温度升高后，带有n掺杂乙二醇蒸汽的n2气流以70-100ml/min的流速吹扫到nico2s4@nf电极上，碳蒸气沉积在nico2s4纳米片表面作为碳涂层，系统温度冷却后，整个过程保持n2的流通。

12、本发明进一步设置为：在步骤s2中，沉积电压为-1v，沉积时间为300s，将沉积nico2s4后的极片在60℃的真空烘箱中干燥24h。

13、本发明进一步设置为：在步骤s4中使用的n2的流速为70ml/min，且在系统温度为350℃退火2h。

14、本发明进一步设置为：步骤s1中，分别称取六水合硝酸镍0.727g，六水合硝酸钴1.455g以及硫脲0.7612g于50ml去离子水中。

15、本发明进一步设置为：步骤s3中，以乙二醇为碳源，尿素为氮源，取10ml乙二醇，1g尿素，将尿素与乙二醇在60℃下混合搅拌1小时，待尿素完全溶解，即得用于制备氮掺杂碳层的前驱体溶液。

16、本发明进一步设置为：裁剪泡沫镍尺寸为1cm*2cm。

17、本发明具有以下优点：

18、1、本发明通过简单的配制硫化钴镍前驱体电沉积液，且通过采用溶i-t计时电位法在泡沫镍上沉积，可以获得nico2s4纳米片。纳米片形态的nico2s4暴露出更多的比表面积，更有利于电化学反应的进行。

19、2、本发明中在制备氮掺杂碳层的前驱体溶液时，以乙二醇为碳源，尿素为氮源，二者易获得，且成本低。

20、3、本发明制得的nc-nico2s4@nf正极材料通过溶剂气相沉积聚合即vdp方法制得，碳层前驱体溶液在管式炉中被高温蒸汽化，碳蒸汽随着通入的n2沉积nico2s4@nf极片上，碳层的引入增强了材料的电导率使得有优异的电化学性能。

技术特征：

1.一种超级电容器用氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种超级电容器用氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤s2中，沉积电压为-1v，沉积时间为300s，将沉积nico2s4后的极片在60℃的真空烘箱中干燥24h。

3.如权利要求1所述的一种超级电容器用氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤s4中使用的n2的流速为70ml/min，且在系统温度为350℃退火2h。

4.如权利要求1所述的一种超级电容器用氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中，分别称取六水合硝酸镍0.727g，六水合硝酸钴1.455g以及硫脲0.7612g于50ml去离子水中。

5.如权利要求1所述的一种超级电容器用氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料的制备方法，其特征在于：步骤s3中，以乙二醇为碳源，尿素为氮源，取10ml乙二醇，1g尿素，将尿素与乙二醇在60℃下混合搅拌1小时，待尿素完全溶解，即得用于制备氮掺杂碳层的前驱体溶液。

6.如权利要求1所述的一种超级电容器用氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料的制备方法，其特征在于：裁剪泡沫镍尺寸为1cm*2cm。

技术总结
本发明提供了一种超级电容器用氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料的制备方法，包括：配制硫化钴镍前驱体电沉积液；采用i‑t计时电位法在泡沫镍上原位沉积硫化钴镍纳米片；配置用于制备氮掺杂碳层的前驱体溶液；采用气相沉积聚合(VDP)的方法对硫化钴镍纳米片进行氮掺杂碳包覆。本发明通过简单的工艺，利用NiCo<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;优异的电化学性能以及C层的稳定结构以及增强导电性等作用，制备氮掺杂碳包覆硫化钴镍纳米片正极材料。制得的NC‑NiCo<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;@NF正极极片可灵活调控负载量，最大可达到1800F/g的高比容量，倍率性能为93.3％(从1A/g到10A/g)，具有很优异的电化学性能。

技术研发人员：冯婷婷,朱婉秋,吴孟强
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16