CN110335759B - 负载氢氧化镍和钴酸镍的碳纳米纤维复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。该复合材料中，碳纳米纤维同时均匀负载有钴酸镍纳米晶和氢氧化镍纳米片，其中钴酸镍纳米晶均匀镶嵌在碳纳米纤维内部，共同构成碳纳米纤维骨架，氢氧化镍纳米片垂直交错布设在碳纳米纤维骨架表面。其制备为：(1)得到含有有机碳源、钴源和镍源的碳纳米纤维前驱体；(2)将步骤(1)产品在惰性气体氛围下煅烧；(3)煅烧产物表面生长氢氧化镍即得最终产品。该复合材料比表面积大，结构稳定，电化学性能优良，其中在2A g‑1电流密度下，比容可高达1926F g‑1，可用于超级电容器阳极材料。
Description
技术领域
本发明属于电极材料合成技术领域，具体涉及一种负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
超级电容器是当前最热门的储能设备，它包括两种不同类型的能量存储机制：电电双层电容器和赝电容电容器，以其高功率密度、长寿命、高功率输出、高功率输出等突出优点成为最有前途的候选之一。随着电子器件和混合动力电动汽车的快速发展，组装拥有高能量密度、快速充放电性能和更高的增长和上行潜力的超级电容器是解决当前社会快速增长的对环境友好型可再生能源装置的迫切需求的有效方法。目前，人们对合理选择电极材料和合理匹配不同的电极材料在优化超级电容器性能方面具有更大的发展潜力和优势的观点进行了更多的研究。一方面，合理设计电化学电容高、电化学导电率高、比表面积大、平均孔率分布好的电极材料是成功平衡率密度与能量密度矛盾的一个很好的选择。另一方面，以不同体系中的电极材料做复合材料为阳极材料，制备水性非对称超电容器，拓宽电压窗口，也有利于提高能量密度和功率密度。因此，谨慎、明智地选择电极材料是进一步改善和改善超级电容器中仍然存在的不足的先决条件。
镍钴氧化物及其氢氧化物复合材料因其具较高的有理论比电容、低成本、形态多样等特点，已成为近年来超级电容器赝电容材料研究的一个热点。然而，差的导电性以及他们的结构不稳定性极大阻碍了镍钴复合材料在超级电容器领域的发展。因此探索高性能新型导电结构的镍钴复合材料，提高其实际电容，促进其在生产和生活中的应用具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。该复合材料中，钴酸镍纳米晶均匀镶嵌在碳纳米纤维内部，共同构成碳纳米纤维骨架，氢氧化镍纳米片垂直交错布设在碳纳米纤维骨架表面，表现出高的电化学性能和循环稳定性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
提供一种负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料，碳纳米纤维交织成网状，且同时均匀负载有钴酸镍纳米晶和氢氧化镍纳米片，其中钴酸镍纳米晶均匀镶嵌在碳纳米纤维内部，共同构成碳纳米纤维骨架，氢氧化镍纳米片垂直交错布设在碳纳米纤维骨架表面。
按上述方案，钴酸镍纳米晶的平均粒径为3-10nm。
按上述方案，氢氧化镍纳米片的厚度0.5-1nm，纵向长50-150nm。
按上述方案，碳纳米纤维直径为100-150nm。
按上述方案，碳、钴和镍的质量百分数分别为：碳5-65％钴5-20％，镍10-50％。
上述负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)经过静电纺丝得到含有有机碳源、钴源和镍源的碳纳米纤维前驱体；
(2)将步骤(1)得到的碳纳米纤维前驱体在惰性气体氛围下煅烧，得到负载钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料；
(3)将步骤2)所得的负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料表面生长氢氧化镍纳米片即得负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料。
按上述方案，上述步骤(1)中碳纳米纤维前驱体制备步骤为：将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、钴源、镍源溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌至均匀透明，静电纺丝，静置烘干。
按上述方案，PVP和PAN的质量比为1:(0.5-2)；钴源和镍源的质量比为1：(0.4-0.6)；PVP和钴源的质量比为：1:(1.5-2.5)；其中，PVP、PAN、钴源和镍源在DMF溶液中的总质量分数为10-20％。
按上述方案，钴源为乙酸钴，镍源为乙酸镍。
按上述方案，搅拌至均匀透明时间为12-24小时；静电纺丝过程是在10-30％的空气湿度、14-20kV电压、1.5-3mL h-1滴液速度下进行的；静置烘干温度为60-80℃。
按上述方案，上述步骤(2)中，惰性气体氛围为氮气氛围；煅烧为以1-5℃min-1的升温速度缓慢升温至400-600℃，煅烧时间为240-360min。优选地，升温速度为1-3℃min-1。
按上述方案，上述步骤(3)中负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料表面生长氢氧化镍纳米片的具体步骤为：步骤(2)所得的负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料置于镍源、尿素混合水溶液中，均匀搅拌，保温反应。
按上述方案，负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料和镍源的质量比为1:(36-50)，镍源和尿素的质量比为：1：(3-5)。
按上述方案，保温反应条件为：保持温度为60-90℃，反应时间为1-6小时。
一种超级电容器，采用上述负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料作阳极。具体为：将上述负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯(PVDF)在NMP中混合均匀，研磨涂覆在泡沫镍上，真空干燥获得阳极片。
本发明提供的负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料，碳纳米纤维同时均匀负载有钴酸镍纳米晶和氢氧化镍纳米片。钴酸镍纳米晶均匀镶嵌在碳纳米纤维内部，与碳纳米纤维一起构成了碳纳米纤维骨架，氢氧化镍纳米片垂直交错布设在碳纳米纤维骨架表面。钴酸镍和氢氧化镍的纳米级尺寸均有利于增加和电解液的接触面积，从而提高电化学性能。碳材料骨架良好的导电性能为钴酸镍纳米晶体之间、钴酸镍和氢氧化镍晶片之间以及氢氧化镍纳米片间电子的转移提供了优良的途径，能够使电子在整个材料中充分流动，提高电子转移速率，并充分发挥钴酸镍和氢氧化镍的赝电容性能，提高材料充放电速率，进而提升电化学性能。
本发明制备负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料过程中，经过静电纺丝得到含有有机碳源、钴源和镍源的碳纳米纤维前驱体，再经过煅烧，钴源和镍源分解形成钴酸镍纳米晶均匀的镶嵌在碳纳米纤维内部，共同构成了碳纳米纤维骨架，结合紧密。在下一步氢氧化镍合成步骤中，碳纳米纤维中均匀分散的钴酸镍纳米晶成为了氢氧化镍纳米片的生长点，使得氢氧化镍纳米片可以在碳纳米纤维骨架上原位生长，得到的氢氧化镍纳米片在碳纳米纤维骨架上均匀分布，且结合紧密，此制备方法得到的复合材料，结构稳定，电化学性能优异。
本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料，碳纳米纤维同时均匀负载有钴酸镍纳米晶和氢氧化镍纳米片，其中钴酸镍纳米晶均匀镶嵌在碳纳米纤维内部，共同构成碳纳米纤维骨架，氢氧化镍纳米片垂直交错均匀布设在碳纳米纤维表面。钴酸镍纳米晶和氢氧化镍纳米片的纳米级尺寸增加了比表面积和活性位点，而碳材料骨架可以提升导电性能，进而可以充分发挥钴酸镍和氢氧化镍的赝电容性能，提高复合材料充放电速率，从而提升电化学性能，其中在2A g-1电流密度下，比容可高达1926Fg-1。
2.本发明提供的负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料制备方法，经过静电纺丝得到含有有机碳源、钴源和镍源的碳纳米纤维前驱体，再经过煅烧，钴源和镍源分解形成钴酸镍纳米晶均匀镶嵌在碳纳米纤维内部，共同构成了碳纳米纤维骨架，结构稳定，此外，小尺寸的钴酸镍纳米晶均匀分布在碳纳米纤维内部，可以作为氢氧化镍纳米片的生长点，使得氢氧化镍纳米片在碳纳米纤维骨架上原位生长，在碳纳米纤维骨架表面均匀分布且结合紧密。该制备方法制备工序简单、操作方便、原料易得、无需复杂设备、生产成本低廉，性能优异，非常适合于实际应用中规模化工业生产。
附图说明
图1为实施例1制备得到的NCH CNF场发射电镜图，a、b分别为低倍图谱和高倍图谱。
图2为实施例1制备得到的NCH CNF透射电镜图。
图3为实施例1制备得到的NCH CNF的X射线衍射图谱。
图4为实施例1制备得到的NCH CNF的XPS全谱分析照片，证实了NCH CNF中C、 O、Ni和Co元素的存在。
图5为实施例1制备得到的NCH CNF的XPS谱图，其中a图为Ni元素的高分辨图谱， b图为Co元素的高分辨图谱，c图为O元素的高分辨图谱，d图为C元素的高分辨图谱。
图6为循环伏安性能图，a图为实施例1制备得到的NCH CNF在扫描速率2mV s-1递增到100mV s-1时循环伏安变化曲线；b图为在5mV s-1扫描速率下对比例1制备得到的NH CNF、对比例2制备得到的NC CNF和实施例1制备得到的NCH CNF伏安曲线比较图。
图7为电极恒电流充放电曲线，a为实施例1制备得到的NCH CNF在2-20A g-1时的充放电性能测试；b图为对比例1制备得到的NH CNF、对比例2制备得到的NC CNF和实施例1制备得到的NCH CNF在2A g-1时的充放电性能测试对比图。
图8为对比例1制备得到的NH CNF、对比例2制备得到的NC CNF和实施例1制备得到的NCH CNF阻抗谱比较图，其中，右上角的插图为高频条件下的局部放大图。
图9为实施例4制备得到的非对称超级电容器的性能图，其中a图为非对称超级电容器在1.6V电势窗口下不同扫描速率下的循环伏安性能比较图，b图为非对称超级电容器在 1.6V电势窗口下不同电流密度下的充放电性能测试图。
图10为实施例4制备得到的非对称超级电容器在5Ag-1条件下7000次循环的电容保持率和库仑效率。
其中，NCH CNF为负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料，NHCNF为负载的氢氧化镍纳米片的碳纳米纤维复合材料，NC CNF为负载钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料(NCH CNF)的制备：
(1)将0.3g聚丙烯腈(PAN)溶解于10mL的N,N-二甲基甲酰胺有机溶液中,加热80℃搅拌30分钟至完全溶解，然后分别加入0.3g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、0.5g乙酸钴、0.25g 乙酸镍，连续搅拌24小时成均匀透明有机液配置前驱体溶液。空气湿度保持15％，在15kV 电压30℃条件下静电纺丝，保持2mL h-1的滴液速率纺丝4小时，80℃静置烘干一夜，得碳纳米纤维前驱体；
(2)将制好的静电纺丝纳米纤维放入石英管中，在氮气气氛下以1℃min-1的升温速率煅烧，温度达到500℃时保持300min后自然冷却得到负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料；
(3)将0.02g纳米碳纤维、0.7275g硝酸镍、3g尿素分散在20mL水溶液中，均匀搅拌，90℃油浴2小时。自然冷却后水洗，80℃静置烘干12小时得到NCH CNF。其中NCH CNF 中的元素含量分别为：碳含量62.87％，钴含量9.32％，镍含量16.32％。
电极的制备及性能测试
将实施例1所制备的NCH CNF复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯(PVDF)按质量比 8:1:1在NMP中混合均匀，研磨30分钟成均匀无颗粒浆料，然后将活性物质涂覆在泡沫镍上，在80℃条件下真空干燥12小时获得电极片。以三电极系统对电极的电化学性能进行测试，其中，活性物质制得的电极为工作电极，铂电极为对电极，甘汞电极为参比电极，2M 的氢氧化钾溶液为电解液，在电化学工作站中测试电极片的循环伏安曲线、恒电流曲线和电化学阻抗谱以及循环稳定性。该材料在2A g-1电流密度下，比容可达到1926F g-1。
实施例2
NCH CNF的制备：
(1)将0.25g聚丙烯腈(PAN)溶解于10mL的N,N-二甲基甲酰胺有机溶液中,加热80℃搅拌30分钟至完全溶解，然后分别加入0.25g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、0.25g乙酸钴、0.5g乙酸镍，连续搅拌24小时成均匀透明有机液配置前驱体溶液。空气湿度保持15％，在15kV电压30℃条件下静电纺丝，保持2mL h-1的滴液速率纺丝4小时，80℃静置烘干一夜，得碳纳米纤维前驱体；
(2)将制好的静电纺丝纳米纤维放入石英管中，在氮气气氛下以3℃min-1的升温速率煅烧，温度达到400℃时保持240min后自然冷却得到负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料；
(3)将0.02g纳米碳纤维、0.7275g硝酸镍、3g尿素分散在20mL水溶液中，均匀搅拌，90℃油浴4小时。自然冷却后水洗，80℃静置烘干12小时得到NCH CNF。其中NCH CNF 中的元素含量分别为：碳含量38.88％，钴含量16.30％，镍含量31.73％。
电极的制备及性能测试同实施例1。该材料在2A g-1电流密度下，比容可达到1600Fg-1。
实施例3
NCH CNF的制备：
(1)将0.2g聚丙烯腈(PAN)溶解于10mL的N,N-二甲基甲酰胺有机溶液中,加热80℃搅拌30分钟至完全溶解，然后分别加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、0.5g乙酸钴、0.25g 乙酸镍，连续搅拌24小时成均匀透明有机液配置前驱体溶液。空气湿度保持15％，在15kV 电压30℃条件下静电纺丝，保持2mL h-1的滴液速率纺丝4小时，80℃静置烘干一夜，得碳纳米纤维前驱体；
(2)将制好的静电纺丝纳米纤维放入石英管中，在氮气气氛下以5℃min-1的升温速率煅烧，温度达到600℃时保持120min后自然冷却得到负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料；
(3)将0.02g纳米碳纤维、0.7275g硝酸镍、3g尿素分散在20mL水溶液中，均匀搅拌，90℃油浴6小时。自然冷却后水洗，80℃静置烘干12小时得NCH CNF。其中NCH CNF中的元素含量分别为：碳含量6.66％，钴含量17.67％，镍含量45.90％。
电极的制备及性能测试同实施例1。该材料在2A g-1电流密度下，比容可达到1400Fg-1。
实施例4
非对称超级电容器的制备：
(1)将实施例1所制备的NCH CNF复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯(PVDF)按质量比8:1:1在NMP中混合均匀，研磨30分钟成均匀无颗粒浆料，然后将活性物质涂覆在直径为1CM的圆形泡沫镍上，在80℃条件下真空干燥12小时获得阳极片。
(2)将活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯(PVDF)按质量比8:1:1在NMP中混合均匀研磨30分钟成均匀无颗粒浆料，然后将活性物质涂覆在直径为1CM的泡沫镍上，在80℃条件下真空干燥12小时获得阴极片。
(3)辊压烘干的阳极片和阴极片，获得均匀的一对电极涂层。以下过程在手套箱中操作，在这对电极涂层间插入同样形状大小的隔离层，然后滴加电解液(2M KOH溶液)。
对比例1：
负载的氢氧化镍纳米片的碳纳米纤维复合材料(NH CNF)的制备
(1)将0.3g聚丙烯腈(PAN)溶解于10mL的N,N-二甲基甲酰胺有机溶液中,加热80℃搅拌30分钟至完全溶解，然后加入0.3g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，连续搅拌24小时成均匀透明有机液配置前驱体溶液。空气湿度保持15％，在15kV电压30℃条件下静电纺丝，保持 2mLh-1的滴液速率纺丝4小时，80℃静置烘干一夜，得碳纳米纤维前驱体；
(2)将制好的静电纺丝纳米纤维放入石英管中，在氮气气氛下以1℃min-1的升温速率煅烧，温度达到500℃时保持300min后自然冷却得到碳纳米纤维；
(3)将0.02g纳米碳纤维、0.7275g硝酸镍、3g尿素分散在20mL水溶液中，均匀搅拌，90℃油浴2小时。自然冷却后水洗，80℃静置烘干12小时得到NH CNF。
电极的制备及性能测试同实施例1。该材料在2A g-1电流密度下，比容可达到800Fg-1。
对比例2：
负载钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料(NC CNF)的制备
(1)将0.3g聚丙烯腈(PAN)溶解于10mL的N,N-二甲基甲酰胺有机溶液中,加热80℃搅拌30分钟至完全溶解，然后分别加入0.3g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、0.5g乙酸钴、0.5g乙酸镍，连续搅拌24小时成均匀透明有机液配置前驱体溶液。空气湿度保持15％，在15kV 电压30℃条件下静电纺丝，保持2mL h-1的滴液速率纺丝4小时，80℃静置烘干一夜，得碳纳米纤维前驱体；
(2)将制好的静电纺丝纳米纤维放入石英管中，在氮气气氛下以1℃min-1的升温速率煅烧，温度达到500℃时保持300min后自然冷却得到NC CNF。
电极的制备及性能测试同实施例1。该材料在2A g-1电流密度下，比容可达到600Fg-1。
图1为实施例1制备得到的NCH CNF场发射电镜照片，a、b分别为低倍照片和高倍照片，表明所制备的NCH CNF呈均匀大小的纳米纤维结构，交织成网状，NCH CNF的平均径长约为200nm，纤维表面均匀密集的花瓣状氢氧化镍纳米片垂直交错生长。
图2为实施例1制备得到的NCH CNF透射电镜照片，表明NCH CNF中碳纳米纤维内部均匀分布钴酸镍纳米颗粒，颗粒尺寸为3-5nm，碳纳米纤维直径约为100nm，纤维表面生长有超薄片状结构，片层厚度约1nm，纵向长约80nm。
图3为实施例1制备得到的NCH CNF的X射线衍射图谱。JCPDS:22-0444为Ni(OH)2的标准XRD谱图，JCPDS:20-0781为NiCo2O4的标准XRD谱图，此外，位于26°附近小而宽的峰为碳的特征峰，表明实施例1成功制备NCH CNF。
图4为实施例1制备得到的NCH CNF的XPS全谱分析照片，证实了复合材料NCH CNF中C、O、Ni和Co元素的存在。
图5元素所制备复合材料NCH CNF的XPS谱图，a图为Ni元素的高分辨图谱，b图为Co元素的高分辨图谱，c图为O元素的高分辨图谱，在529.6eV、531.3eV、532.4eV和 533.8eV处可拟合为四个峰，分别证实金属氧键(Ni-O、Co-O)、金属碳氧键(Ni-C＝O、Co- C＝O)、碳氢氧键(H-O-C)以及金属氢氧键(H-O-Ni)的存在；d图为C元素的高分辨图谱，在284.5eV、285.9eV和288.5eV处分为三个峰，分别证实C-C、O-C＝O和C-O-C的存在。其中金属碳氧键(Ni-C＝O、Co-C＝O)的存在，说明NCH CNF中钴酸镍纳米晶与碳纳米纤维之间存在钴镍和碳的化学键，结构稳定且十分有利于电子在钴酸镍之间的传输，进一步促进电子在整个复合材料中的充分流动，有利于提升电化学能力。
图6为循环伏安性能图，a图为实施例1制备得到的NCH CNF在扫描速率2mV s-1递增到100mV s-1时循环伏安变化曲线，随着扫描速率的增大，材料的充放电电容增大；b图为在5mV s-1扫描速率下对比例1制备得到的NH CNF、对比例2制备得到的NC CNF和实施例1制备得到的NCH CNF伏安曲线比较图，其中复合材料NCH CNF伏安曲线面积最大，表面其电化学性能最优。
图7为电极恒电流充放电曲线，a为实施例1制备得到的NCH CNF在2-20A g-1时的充放电性能测试；b图为对比例1制备得到的NH CNF、对比例2制备得到的NC CNF和实施例1制备得到的NCH CNF在2A g-1时的充放电性能测试对比图，表明在相同电流密度下， NCH CNF相比于NH CNF和NC CNF的比电容高了2倍，储能能力最强，电化学性能最优。
图8为对比例1制备得到的NH CNF、对比例2制备得到的NC CNF和实施例1制备得到的NCH CNF阻抗谱比较图，其中，右上角的插图为高频条件下的局部放大图。如图所示，这些曲线分别由拟半圆和斜线组成，分别对应界面电荷转移过程和扩散受限过程的氧化还原反应。阻抗数据分析表明，与NC CNF和NH CNF相比，NCH CNF具有最低的内阻、电荷转移电阻和扩散电阻，说明NCH CNF的导电性得到了很好的改善。
图9为实施例4制备得到的非对称超级电容器的性能图，其中a图为非对称超级电容器在1.6V电势窗口下不同扫描速率下的循环伏安性能比较图，b图为非对称超级电容器在 1.6V电势窗口下不同电流密度下的充放电性能测试图。由该图可知该非对称超级电容器在 1A g-1时比容可达到151.6F g-1.同时，可以计算出该非对称电容器具有较高的能量密度(48 Wh kg-1在323W kg-1时)和较高的功率密度(3374.2W kg-1在29Wh kg-1时)。
图10为实施例4制备得到的非对称超级电容器在5A g-1条件下7000次循环的电容保持率和库仑效率，在7000次循环后电容保持率仍在90％以上且库伦效率可达98％，表明材料所制备的超级电容器具有良好的循环稳定性。
Claims (9)
1.一种负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料，其特征在于，碳纳米纤维交织成网状，且同时均匀负载有钴酸镍纳米晶和氢氧化镍纳米片，其中所述钴酸镍纳米晶的平均粒径为3-10nm，均匀镶嵌在所述碳纳米纤维内部，共同构成碳纳米纤维骨架，所述氢氧化镍纳米片垂直均匀交错布设在所述碳纳米纤维骨架表面。
2.根据权利要求1所述的负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料，其特征在于，所述氢氧化镍纳米片的厚度为0.5-1nm,纵向长为50-150nm；所述碳纳米纤维直径为100-150nm。
3.根据权利要求1所述的负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料，其特征在于，碳、钴和镍的质量百分数分别为：碳5-65％钴5-20％，镍10-50％。
4.一种权利要求1所述的负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、钴源、镍源溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌至均匀透明，静电纺丝，静置烘干，得到含有有机碳源、钴源和镍源的碳纳米纤维前驱体；
(2)将步骤(1)得到的碳纳米纤维前驱体在惰性气体氛围下煅烧，以1-5℃ min-1的升温速度缓慢升温至400-600℃，煅烧240-360min，得到负载钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料；
(3)将步骤2)所得的负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料表面生长氢氧化镍纳米片即得负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯腈的质量比为1:(0.5-2)；钴源和镍源的质量比为1：(0.4-0.6)；聚乙烯吡咯烷酮和钴源的质量比为：1:(1.5-2.5)；聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、钴源和镍源在N,N-二甲基甲酰胺溶液中的总质量百分数为10-20％；所述搅拌至均匀透明时间为12-24小时；所述静电纺丝过程是在10-30％的空气湿度、14-20kV电压、1.5-3mL h-1滴液速度下进行的；所述静置烘干温度为60-80℃。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钴源为乙酸钴，所述镍源为乙酸镍。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中惰性气体氛围为氮气氛围。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料表面生长氢氧化镍纳米片的具体步骤为：所述步骤(2)所得的负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料置于镍源、尿素混合水溶液中，均匀搅拌，保温反应；其中，负载钴酸镍纳米晶体的碳纳米纤维复合材料和镍源的质量比为1:(36-50)，镍源和尿素的质量比为：1：(3-5)，保温反应条件为：保持温度为60-90℃，反应时间为1-6小时。
9.一种超级电容器，采用权利要求1所述的负载氢氧化镍纳米片和钴酸镍纳米晶的碳纳米纤维复合材料作阳极。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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