一種鎳氫電池正極用氫氧化鎳／石墨烯復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明具體涉及一種鎳氫電池正極用氫氧化鎳/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，屬于鎳氫電池電極材料技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，中國部分城市霧霾現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，而大量的汽車尾氣污染物是罪魁禍?zhǔn)字?，因此大力發(fā)展電動汽車是有效應(yīng)對能源與環(huán)境挑戰(zhàn)、實現(xiàn)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。鎳氫電池具有高比功率、電流充放電大、無污染、安全性能好等特點(diǎn)，缺點(diǎn)是具有輕度記憶效應(yīng)，高溫環(huán)境下性能差，但是由于其技術(shù)成熟，綜合性能好，是當(dāng)前混合動力汽車中應(yīng)用最為成熟的綠色電池。大功率鎳氫動力電池正迎來一個劃時代的發(fā)展機(jī)遇，在已經(jīng)研制或投入生產(chǎn)的混合動力汽車中80%以上均采用鎳氫電池作為動力電源。但隨著純電動汽車的普及，對于鎳氫電池動力性能的要求越來越高，其動力性能的改善成為越來越多研究工作者研究的焦點(diǎn)。Ni(OH)2由于具有優(yōu)異的電化學(xué)性能已被廣泛地用作鎳氫電池的正極活性物質(zhì)。然而，目前被廣泛使用的球形氫氧化鎳難以滿足動力電池高低溫性能、高能量密度的要求。
[0004]氫氧化鎳電極應(yīng)用的根本均是基于在堿性溶液中電極表面發(fā)生Ni(0H)2/Ni00H氧化還原反應(yīng)過程。而這一反應(yīng)過程嚴(yán)重受到Ni(OH)2導(dǎo)電性差的制約，使其應(yīng)用受到限制。傳統(tǒng)的鎳氫電池的正極材料為β-Ni(OH)2,經(jīng)過多年研究，其放電容量逐漸迫近理論容量289mAh/g，進(jìn)一步提升的空間有限。石墨烯作為目前最有潛力的二維納米材料，具有重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高，比表面積大、高的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性等特性，因此，近年來不斷有人進(jìn)行將石墨烯與Ni(OH)2制成復(fù)合材料的應(yīng)用探索，實現(xiàn)電極材料高電容量、高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高導(dǎo)電性。但是這些現(xiàn)有技術(shù)的方案沒有解決如何使Ni(OH)2均勻的沉積在石墨烯片層上的問題，在快速充放電過程中Ni(OH)2的體積膨脹影響明顯，導(dǎo)致電極活性物質(zhì)的活性下降以及電池壽命的降低。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明目的是提供一種能夠使Ni(OH)2均勻的沉積在石墨烯片層上，保持其高的比表面積，且在快速充放電過程中能夠有效緩沖Ni(OH)2的體積膨脹的鎳氫電池正極用氫氧化鎳/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，所述方法為:
以氧化石墨為原料配成lmg/mL的懸浮液，將不同質(zhì)量的硝酸鎳加到懸浮液中，復(fù)合材料中氧化石墨烯和氫氧化鎳質(zhì)量比為1: 5、1:9或1:13，將加入硝酸鎳后的懸浮液進(jìn)行超聲波分散，然后滴加尿素，攪拌后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，再將三口燒瓶置于Apex常壓微波反應(yīng)合成器中反應(yīng)后進(jìn)行真空抽濾，用去離子水和無水乙醇洗滌至中性，真空干燥后制得氫氧化鎳/石墨烯復(fù)合材料。
[0007]進(jìn)一步的，所述方法中將加入硝酸鎳后的懸浮液進(jìn)行超聲波分散，然后滴加尿素的步驟具體為:將加入硝酸鎳后的懸浮液進(jìn)行超聲波分散的時間為2h，硝酸鎳與尿素的摩爾比為1:6。
[0008]進(jìn)一步的，所述方法攪拌后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中的步驟具體為:攪拌Ih后轉(zhuǎn)移至500mL三口燒瓶中。
[0009]進(jìn)一步的，所述方法中將三口燒瓶置于Apex常壓微波反應(yīng)合成器中反應(yīng)后進(jìn)行真空抽濾的步驟具體為:將三口燒瓶置于Apex常壓微波反應(yīng)合成器中，在微波功率800W下升溫至100°C、恒溫反應(yīng)3h后自然冷卻至室溫，進(jìn)行真空抽濾。
[0010]進(jìn)一步的，所述方法中用去離子水和無水乙醇洗滌至中性，真空干燥的步驟具體為:用去離子水和無水乙醇洗滌至中性后，在80 °C下真空干燥12h。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的一種鎳氫電池正極用氫氧化鎳/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，提供一種用微波法水熱合成鎳氫電池正極用納米花瓣狀Ni(OH)2/石墨烯復(fù)合材料，以GO(氧化石墨)和硝酸鎳為原料，尿素為沉淀劑，無需添加還原劑，GO還原和石墨烯與Ni(OH)2自組裝一步完成，最終得到納米花瓣狀Ni(OH)2/石墨烯復(fù)合材料。復(fù)合材料中石墨烯片層能提供大的比表面積使Ni (OH)2納米粒子沉積，提高Ni (OH)2電化學(xué)利用率，且在快速充放電過程中能有效緩沖Ni (OH) 2的體積膨脹，導(dǎo)致Ni (OH) 2/石墨烯電極材料具有良好的循環(huán)性能，因此可以提高鎳電極Ni (OH)2活性物質(zhì)的活性和電池的工作壽命。復(fù)合材料中的Ni(OH)2納米粒子能有效阻止石墨烯片層團(tuán)聚，從而保持其高的比表面積。本方法與傳統(tǒng)水熱法相比，傳統(tǒng)水熱法耗時長、能量消耗大相比，本方法具有溫度梯度小、反應(yīng)速率快、加熱均勻、結(jié)晶時間短和產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，適用于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。
[0012]
【附圖說明】
[0013]圖1、圖2、圖3分別為GO與Ni(OH)2質(zhì)量比為1:5、1:9、1:13的Ni(OH)2/石墨烯復(fù)合材料的SEM譜圖；
圖4為GO與Ni(OH)2質(zhì)量比為1: 5、1: 9、1:13的Ni(OH)2/石墨烯復(fù)合材料I C充放電曲線圖；
圖5為GO與Ni (OH)2質(zhì)量比為1: 5、1:9、1:13的Ni (OH)2/石墨烯復(fù)合材料在不同放電倍率下的放電比容量曲線圖；
圖6為GO與Ni (OH)2質(zhì)量比為1: 5、1:9、1:13的Ni (OH)2/石墨烯復(fù)合材料在不同放電倍率下的循環(huán)性能圖。
[0014]
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行說明:
實施例1:
稱取10mg GO超聲波分散到10mL去離子水中，得到lmg/mL的褐色懸浮液。稱取1.568gNi(NO3)2.6H20加到GO懸浮液中，攪拌2h完成離子交換。然后將20mL、1.62mol/L的尿素水溶液逐滴加至懸浮液中，繼續(xù)攪拌lh。將反應(yīng)混合物(GO:Ni (OH)2=1: 5(wt.))轉(zhuǎn)入500ml三口燒瓶中，將燒瓶置于Apex常壓微波反應(yīng)合成器中，微波功率800W下升溫至100°C、恒溫反應(yīng)3h后自然冷卻至室溫，進(jìn)行真空抽濾，并以去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌至中性，在80°C下真空干燥12h，得到Ni(OH)2/石墨烯復(fù)合材料。
[0016] 實施例2:
稱取10mg GO超聲波分散到10mL去離子水中，得到lmg/mL的褐色懸浮液。稱取2.823gNi(NO3)2.6H20加到GO懸浮液中，攪拌2h完成離子交換。然后將20mL、2.91mol/L的尿素水溶液逐滴加至懸浮液中，繼續(xù)攪拌lh。將反應(yīng)混合物(GO:Ni (OH)2=1: 9(wt.))轉(zhuǎn)入500ml三口燒瓶中，將燒瓶置于Apex常壓微波反應(yīng)合成器中，微波功率800W下升溫至100°C、恒溫反應(yīng)3h后自然冷卻至室溫，進(jìn)行真空抽濾，并以去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌至中性，在80°C下真空干燥12h，得到Ni(OH)2/石墨烯復(fù)合材料。
[00Π] 負(fù)載比為G0:Ni(0H)2=l: 13(wt.)的制備方法原理同上。
[0018]圖1、圖2、圖3分別為本發(fā)明GO與Ni(OH)2質(zhì)量比為1:5、1:9、1:13的Ni(OH)2/石墨烯復(fù)合材料的SEM譜圖，從圖1至3可以看出，本發(fā)明所得產(chǎn)物晶粒具有尺寸均勻、分散性好、晶型好且可控制等優(yōu)點(diǎn)。不同負(fù)載比Ni(OH)2/石墨烯復(fù)合材料中，納米花瓣狀Ni(OH)2均勻的沉積在石墨烯片層上。隨著GO與Ni(OH)2質(zhì)量比的增加，復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化，Ni(OH)2的顆粒粒徑大小和花瓣厚度發(fā)生