一种氢氧化镍复合电极材料的制备方法技术

为了解决现有技术存在的氢氧化镍容量不高的问题，本发明专利技术提供一种氢氧化镍复合电极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：氧化石墨烯分散液制备、泡沫镍清洗、氧化石墨烯包裹泡沫镍制备、电沉积、电化学活化，本发明专利技术首次提出运用氧化石墨烯而非石墨烯对泡沫镍表面进行修饰，进而有效解决了氢氧化镍电沉积过程中易发生团聚的问题，提升了氢氧化镍的电化学活性，制得了高活性氢氧化镍材料。本发明专利技术得到氢氧化镍复合电极材料电池容量高，且导电性能优异。优异。优异。

【技术实现步骤摘要】
一种氢氧化镍复合电极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及电极材料领域，具体涉及一种氢氧化镍复合电极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着世界对新能源技术需求的高速增长，对大容量、高功率、高能量密度、长使用寿命的新能源器件如超级电容器、锂电池等的需求也变得越来越大。而实现新能源器件这些新能的关键在于电极材料的容量问题。因此，设计和获得大容量电极材料成为了当前新能源器件开发的重点。
[0003]由于氢氧化镍拥有超高的理论容量，因此其被广泛开发用于超级电容器和锂电池。然而，虽然氢氧化镍拥有超高的理论容量，但是实际应用过程中很难获得高的容量，因此限制了其在实际中的进一步应用。
[0004]为了提升氢氧化镍的容量，人们通过水热法/溶剂热法、电沉积等方法对氢氧化镍进行形貌调控、掺杂，构筑形成了不同形貌、不同维度的三维多孔结构、多孔薄膜结构或层状三维结构。尤其，电沉积法由于过程简单易控、重现性好，且生长的活性物质均匀性好因此被广泛应用。
[0005]专利CN1105761951A一种超级电容器用三维氧化镍/石墨烯复合材料的制备方法，该专利技术以具有三维立体网状结构的泡沫镍集流体为基体，通过水热法在其骨架上直接生长出氢氧化镍纳米片，改善了镍纳米颗粒容易团聚这一问题。用化学沉积法在氧化镍表面生长石墨烯，结合了氧化镍比较大的赝电容和石墨烯比较大的比表面积，制备了三维氧化镍/石墨烯复合材料，其比电容在109
‑
123F/g。
[0006]专利CN1102354609A制备超级电容器用石墨烯
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氢氧化镍复合电极材料的方法，该专利技术首先以等离子体增强化学气相沉积作为手段，以甲烷和氢气作为反应气体，制备出低缺陷的原位生长石墨烯衬底，再利用电化学沉积的方式，沉积氢氧化镍活性层，从而实现复合。在CV测试下，5mV/s扫描速度时，比电容最高为1918F/g。
[0007]可见，现有技术制备的氢氧化镍复合电极，拥有较为致密的结构，很难获得理想的高活性，致使容量较低。因此，如何更加有效地提高氢氧化镍复合电极的容量成为了一个至关重要的技术问题。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术存在的氢氧化镍复合电极容量不高的问题，本专利技术提供一种氢氧化镍复合电极材料的制备方法，其获得的电池容量高，且导电性能优异。
[0009]本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的，一种氢氧化镍复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、氧化石墨烯分散液制备：利用以鳞片石墨为前驱体，通过化学剥离法，制备得到氧化石墨，经超声剥离制得氧化石墨烯分散液；
[0011]S2、泡沫镍清洗：将泡沫镍依次通过丙酮、稀盐酸、无水乙醇、去离子水进行清洗，
然后在35℃真空干燥箱干燥8h，得到洁净的泡沫镍；
[0012]S3、氧化石墨烯包裹泡沫镍制备：取泡沫镍浸泡于氧化石墨烯分散液中一段时间，后干燥制得氧化石墨烯包裹的泡沫镍；
[0013]S4、电沉积：利用三电极体系，以氧化石墨烯包裹的泡沫镍为基底，硝酸镍溶液为电沉积液进行电沉积，制得氢氧化镍/氧化石墨烯/泡沫镍复合电极材料；
[0014]S5、电化学活化：利用三电极体系，以碱溶液为电解质溶液，以氢氧化镍/氧化石墨烯/泡沫镍复合电极材料为工作电极进行电化学活化，制得电活化氢氧化镍/氧化石墨烯/泡沫镍复合电极材料。
[0015]其中，所述步骤S1中化学剥离法包括Hummers法、Standenmaier法和Brodie法，通过鳞片石墨氧化制得氧化石墨或氧化石墨烯，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.5～1mg/mL。
[0016]其中，所述步骤S2中丙酮、无水乙醇为分析纯；所述稀盐酸的浓度为3mol/L；所述泡沫镍的大小为长1cm、宽1cm、厚0.5mm。
[0017]其中，所述步骤S2中清洗方法为超声清洗；所述超声频率为40kHz；所述超声功率为90～150W；所述超声的时间为15～30min。
[0018]其中，所述步骤S3中浸泡时间为1～5min。
[0019]其中，所述步骤S4中硝酸镍溶液为0.05～0.1mol/L的硝酸镍水溶液；所述电沉积的方法为计时安倍法(Chronoamperometry)；所述电沉积的时间为90s；所述三电极体系中辅助电极为铂片电极，参比电极为饱和甘汞电极。
[0020]其中，所述步骤S5中电化学活化的方法为循环伏安法(Cyclic voltammetry)，活化的电势窗口为
‑
0.2到0.8V。
[0021]其中，所述步骤S5中碱溶液为氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液或氢氧化锂水溶液；所述碱溶液浓度为2～6mol/L。
[0022]本专利技术首次提出运用氧化石墨烯而非石墨烯对泡沫镍表面进行修饰，充分利用了氧化石墨烯表面含有的大量含氧官能团来一方面增强其与泡沫镍表面的镍原子之间的作用，一方面利用这些含氧官能团来吸附电沉积液中的镍离子，使镍离子能够更加均匀地吸附在氧化石墨烯表面，从而在电沉积过程中生成更加均匀的氢氧化镍，进而有效解决了氢氧化镍电沉积过程中易发生团聚的问题，提升了氢氧化镍的电化学活性，制得了高活性氢氧化镍材料。此方法操作简单，可以适用于规模化处理、优化氢氧化镍材料的制备，同时其也可用于解决其他材料沉积过程中的团聚问题。其中的氧化石墨烯分散液制备过程、氧化石墨烯修饰泡沫镍过程、电沉积过程、电活化过程工艺都简单易操作，所用的原料、试剂、设备均通过商购获得，来源广泛且成本低廉。
[0023]本专利技术有效提升了氢氧化镍电极材料的容量，解决了现有方法构筑氢氧化镍电极材料的问题，制得的产品活性高，用于超级电容器比电容高，所获得的材料主要有以下优点：
①
比电容高，2600～3350F/g；
②
导电性好，电荷转移阻抗0.5～3.5Ω。
附图说明
[0024]图1为实施例1制得的氢氧化镍/氧化石墨烯复合电极材料的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0025]图2为对比例1制得的氢氧化镍电极材料的SEM图；
[0026]图3为对比例2制得的氢氧化镍/石墨烯复合电极材料的SEM图；
[0027]图4为实施例1制得的氢氧化镍/氧化石墨烯复合电极材料在1mA/cm2电流密度下的恒流充放电曲线(GCD)图；
[0028]图5为对比例1制得的氢氧化镍电极材料在1mA/cm2电流密度下的GCD图；
[0029]图6为对比例2制得的氢氧化镍/石墨烯复合电极材料在1mA/cm2电流密度下的GCD图；
[0030]图7为实施例1、对比例1、对比例2制得的电极材料的比电容对比图；
[0031]图8为实施例1制得的氢氧化镍/氧化石墨烯复合电极材料的电化学阻抗谱(EIS)图；
[0032]图9为对比例1制得的氢氧化镍电极材料的EIS图；
[0033]图10为对比例2制得的氢氧化镍/石墨烯复合电极材料的EIS图。
具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢氧化镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、氧化石墨烯分散液制备：利用以鳞片石墨为前驱体，通过化学剥离法，制备得到氧化石墨，经超声剥离制得氧化石墨烯分散液；S2、泡沫镍清洗：将泡沫镍依次通过丙酮、稀盐酸、无水乙醇、去离子水进行清洗，然后在35℃真空干燥箱干燥8h，得到洁净的泡沫镍；S3、氧化石墨烯包裹泡沫镍制备：取泡沫镍浸泡于氧化石墨烯分散液中一段时间，后干燥制得氧化石墨烯包裹的泡沫镍；S4、电沉积：利用三电极体系，以氧化石墨烯包裹的泡沫镍为基底，硝酸镍溶液为电沉积液进行电沉积，制得氢氧化镍/氧化石墨烯/泡沫镍复合电极材料；S5、电化学活化：利用三电极体系，以碱溶液为电解质溶液，以氢氧化镍/氧化石墨烯/泡沫镍复合电极材料为工作电极进行电化学活化，制得电活化氢氧化镍/氧化石墨烯/泡沫镍复合电极材料。2.根据权利要求1所述的氢氧化镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，，所述步骤S1中化学剥离法包括Hummers法、Standenmaier法和Brodie法，通过鳞片石墨氧化制得氧化石墨或氧化石墨烯，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.5～1mg/mL。3.根据权利要求1所述的氢氧化镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中丙酮、无水乙醇为分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓明森，邹雪锋，向斌，郑鹤琳，沈虎峻，杨恒修，潘其凤，
申请(专利权)人：贵州师范学院中国振华集团新云电子元器件有限责任公司国营第四三二六厂，
类型：发明
国别省市：