一种镍氢电池正极用氢氧化镍／石墨烯复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍氢电池正极用氢氧化镍／石墨烯复合材料的制备方法，属于镍氢电池电极材料技术领域。所述方法为以氧化石墨为原料配成1mg/mL的悬浮液，将不同质量的硝酸镍加到悬浮液中，复合材料中氧化石墨和氢氧化镍质量比为1:5、1:9或1:13，将加入硝酸镍后的悬浮液进行超声波分散，然后滴加尿素，搅拌后转移至三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于Apex常压微波反应合成器中反应后进行真空抽滤，用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，真空干燥后制得氢氧化镍／石墨烯复合材料。本方法具有温度梯度小、反应速率快、加热均匀、结晶时间短和产率高的优点，适用于大规模商业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术具体涉及一种镍氢电池正极用氢氧化镍／石墨烯复合材料的制备方法，属于镍氢电池电极材料

技术介绍
近年来，中国部分城市雾霾现象越来越严重，而大量的汽车尾气污染物是罪魁祸首之一，因此大力发展电动汽车是有效应对能源与环境挑战、实现汽车工业可持续发展的重要战略举措。镍氢电池具有高比功率、电流充放电大、无污染、安全性能好等特点，缺点是具有轻度记忆效应，高温环境下性能差，但是由于其技术成熟，综合性能好，是当前混合动力汽车中应用最为成熟的绿色电池。大功率镍氢动力电池正迎来一个划时代的发展机遇，在已经研制或投入生产的混合动力汽车中80%以上均采用镍氢电池作为动力电源。但随着纯电动汽车的普及，对于镍氢电池动力性能的要求越来越高，其动力性能的改善成为越来越多研究工作者研究的焦点。Ni(OH)2由于具有优异的电化学性能已被广泛地用作镍氢电池的正极活性物质。然而，目前被广泛使用的球形氢氧化镍难以满足动力电池高低温性能、高能量密度的要求。氢氧化镍电极应用的根本均是基于在碱性溶液中电极表面发生Ni(OH)2/NiOOH氧化还原反应过程。而这一反应过程严重受到Ni(OH)2导电性差的制约，使其应用受到限制。传统的镍氢电池的正极材料为β-Ni(OH)2，经过多年研究，其放电容量逐渐迫近理论容量289mAh/g，进一步提升的空间有限。石墨烯作为目前最有潜力的二维纳米材料，具有重量轻、机械强度高，比表面积大、高的导电性和化学稳定性等特性，因此，近年来不断有人进行将石墨烯与Ni(OH)2制成复合材料的应用探索，实现电极材料高电容量、高结构稳定性和高导电性。但是这些现有技术的方案没有解决如何使Ni(OH)2均匀的沉积在石墨烯片层上的问题，在快速充放电过程中Ni(OH)2的体积膨胀影响明显，导致电极活性物质的活性下降以及电池寿命的降低。
技术实现思路
因此，本专利技术目的是提供一种能够使Ni(OH)2均匀的沉积在石墨烯片层上，保持其高的比表面积，且在快速充放电过程中能够有效缓冲Ni(OH)2的体积膨胀的镍氢电池正极用氢氧化镍／石墨烯复合材料的制备方法，所述方法为：以氧化石墨为原料配成1mg/mL的悬浮液，将不同质量的硝酸镍加到悬浮液中，复合材料中氧化石墨烯和氢氧化镍质量比为1:5、1:9或1:13，将加入硝酸镍后的悬浮液进行超声波分散，然后滴加尿素，搅拌后转移至三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于Apex常压微波反应合成器中反应后进行真空抽滤，用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，真空干燥后制得氢氧化镍／石墨烯复合材料。进一步的，所述方法中将加入硝酸镍后的悬浮液进行超声波分散，然后滴加尿素的步骤具体为：将加入硝酸镍后的悬浮液进行超声波分散的时间为2h，硝酸镍与尿素的摩尔比为1:6。进一步的，所述方法搅拌后转移至三口烧瓶中的步骤具体为：搅拌1h后转移至500mL三口烧瓶中。进一步的，所述方法中将三口烧瓶置于Apex常压微波反应合成器中反应后进行真空抽滤的步骤具体为：将三口烧瓶置于Apex常压微波反应合成器中，在微波功率800W下升温至100℃、恒温反应3h后自然冷却至室温，进行真空抽滤。进一步的，所述方法中用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，真空干燥的步骤具体为：用去离子水和无水乙醇洗涤至中性后，在80℃下真空干燥12h。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的一种镍氢电池正极用氢氧化镍／石墨烯复合材料的制备方法，提供一种用微波法水热合成镍氢电池正极用纳米花瓣状Ni(OH)2/石墨烯复合材料，以GO（氧化石墨）和硝酸镍为原料，尿素为沉淀剂，无需添加还原剂，GO还原和石墨烯与Ni(OH)2自组装一步完成，最终得到纳米花瓣状Ni(OH)2/石墨烯复合材料。复合材料中石墨烯片层能提供大的比表面积使Ni(OH)2纳米粒子沉积，提高Ni(OH)2电化学利用率，且在快速充放电过程中能有效缓冲Ni(OH)2的体积膨胀，导致Ni(OH)2/石墨烯电极材料具有良好的循环性能，因此可以提高镍电极Ni(OH)2活性物质的活性和电池的工作寿命。复合材料中的Ni(OH)2纳米粒子能有效阻止石墨烯片层团聚，从而保持其高的比表面积。本方法与传统水热法相比，传统水热法耗时长、能量消耗大相比，本方法具有温度梯度小、反应速率快、加热均匀、结晶时间短和产率高的优点，适用于大规模商业化生产。附图说明图1、图2、图3分别为GO与Ni(OH)2质量比为1:5、1:9、1:13的Ni(OH)2/石墨烯复合材料的SEM谱图；图4为GO与Ni(OH)2质量比为1:5、1:9、1:13的Ni(OH)2/石墨烯复合材料1C充放电曲线图；图5为GO与Ni(OH)2质量比为1:5、1:9、1:13的Ni(OH)2/石墨烯复合材料在不同放电倍率下的放电比容量曲线图；图6为GO与Ni(OH)2质量比为1:5、1:9、1:13的Ni(OH)2/石墨烯复合材料在不同放电倍率下的循环性能图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行说明：实施例1：称取100mgGO超声波分散到100mL去离子水中，得到1mg/mL的褐色悬浮液。称取1.568gNi(NO3)2·6H2O加到GO悬浮液中，搅拌2h完成离子交换。然后将20mL、1.62mol/L的尿素水溶液逐滴加至悬浮液中，继续搅拌1h。将反应混合物（GO:Ni(OH)2=1:5(wt.)）转入500ml三口烧瓶中，将烧瓶置于Apex常压微波反应合成器中，微波功率800W下升温至100℃、恒温反应3h后自然冷却至室温，进行真空抽滤，并以去离子水和无水乙醇反复洗涤至中性，在80℃下真空干燥12h，得到Ni(OH)2/石墨烯复合材料。实施例2：称取100mgGO超声波分散到100mL去离子水中，得到1mg/mL的褐色悬浮液。称取2.823gNi(NO3)2·6H2O加到GO悬浮液中，搅拌2h完成离子交换。然后将20mL、2.91mol/L的尿素水溶液逐滴加至悬浮液中，继续搅拌1h。将反应混合物（GO:Ni(OH)2=1:9(wt.)）转入500ml三口烧瓶中，将烧瓶置于Apex常压微波反应合成器中，微波功率800W下升温至100℃、恒温反应3h后自然冷却至室温，进行真空抽滤，并以去离子水和无水乙醇反复洗涤至中性，在80℃下真空干燥12h，得到Ni(OH)2/石墨烯复合材料。负载比为GO:Ni(OH)2=1:13(wt.)的制备方法原理同上。图1、图2、图3分别为本专利技术GO与Ni(OH)2质量比为1:5、1:9、1:13的N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍氢电池正极用氢氧化镍／石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法为：以氧化石墨为原料配成1mg/mL的悬浮液，将不同质量的硝酸镍加到悬浮液中，复合材料中氧化石墨烯和氢氧化镍质量比为1:5、1:9或1:13，将加入硝酸镍后的悬浮液进行超声波分散，然后滴加尿素，搅拌后转移至三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于Apex常压微波反应合成器中反应后进行真空抽滤，用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，真空干燥后制得氢氧化镍／石墨烯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种镍氢电池正极用氢氧化镍／石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法
为：
以氧化石墨为原料配成1mg/mL的悬浮液，将不同质量的硝酸镍加到悬浮液中，复合材
料中氧化石墨烯和氢氧化镍质量比为1:5、1:9或1:13，将加入硝酸镍后的悬浮液进行超声
波分散，然后滴加尿素，搅拌后转移至三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于Apex常压微波反应合
成器中反应后进行真空抽滤，用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，真空干燥后制得氢氧化
镍／石墨烯复合材料。
2.如权利要求1所述的镍氢电池正极用氢氧化镍／石墨烯复合材料的制备方法，其特征
在于，所述方法中将加入硝酸镍后的悬浮液进行超声波分散，然后滴加尿素的步骤具体为：
将加入硝酸镍后的悬浮液进行超声波分散的时间为2h，硝酸镍与尿素的摩尔比为1:6。

【专利技术属性】
技术研发人员：赫文秀，张永强，孟晶，李兴盛，王亚雄，周晨亮，兰大为，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15