[發明專利]一種石墨烯負載八面體氧化鎳復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210239780.6
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN102769124A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 趙兵;蔣永;方濤;陳丹丹;莊華;劉鵬;蔡新輝;馬啟亮
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種作為鋰離子電池電極材料的石墨烯基納米復合材料，特別是一種石墨烯負載八面體氧化鎳復合材料及其制備方法，屬于電化學和材料合成技術領域。

背景技術

納米氧化鎳在電化學、磁學和催化學方面有獨特的性質，廣泛應用于催化領域、電池領域、磁性材料領域和氣體傳感器領域，是一種很有應用前景的功能性無機材料。NiO納米材料的很多特殊的性能是依賴于其新穎的尺寸大小及其表面的形貌結構。目前已經有許多的科研工作者在研究制備具有新穎的尺寸大小和形貌結構的氧化鎳納米結構材料方面取得了一定的成績。

盡管在NiO納米結構材料的制備合成研究和結構尺寸的設計調控方面，前人已經做了許許多多的研究工作。但是對于開發出NiO納米結構材料合成的新方法及其新穎尺寸結構的構建和設計調控，仍然很有必要再做更進一步、更為深入的研究工作。對以大小、形狀和表面結構為功能導向的NiO納米結構材料工程的研究探索是發展和設計先進材料科學領域的前沿之一。能夠深刻研究并了解氧化鎳納米材料的結構和性能之間的聯系對于今后更好的設計和開發出具有理想性能的氧化鎳納米材料有很大的現實指導性意義。

石墨烯作為一種新型的碳材料，超大而完美的sp²雜化體系使其具有無與倫比的面內電荷傳輸性能，單分子層的厚度又使其具有超高的理論表面積。尤其是具有柔性的石墨烯超薄片可以通過自組裝的形式堆砌成三維立體導電網絡，這種特殊結構不僅有利于電活性物質和集流體之間的電荷轉移；也有利于電解質中荷電組分的遷移和滲透，大大縮短其擴散行程，從而促使電化學反應的快速進行。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種石墨烯負載八面體氧化鎳復合材料及其制備方法。開發出新型結構的氧化鎳/石墨烯復合材料，掌握不同結構的氧化鎳/石墨烯復合材料對鋰離子電池的性能影響，制備出高容量的，不同結構的綠色環保的鋰離子電池電極材料。本發明典型的結構特征為八面體結構的氧化鎳在單層的石墨烯片上生長。石墨烯作為基體骨架，八面體氧化鎳在骨架上生長。作為基體骨架的石墨烯具有非常好的導電性，八面體氧化鎳顆粒之間通過石墨烯基體實現良好的導電性，提高了復合材料表觀電導率。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種石墨烯負載八面體氧化鎳復合材料，以單層石墨烯作為基體骨架，八面體氧化鎳在單層石墨烯上生長，生長在石墨烯片上的八面體氧化鎳顆粒尺寸在10-150nm之間；復合石墨烯納米片的平面尺寸在0.1-50μm，厚度在1-20nm。

一種制備石墨烯負載八面體氧化鎳復合材料的方法，具體步驟為：

a.?稱取一定質量干的石墨烯氧化物固體，加入有機溶劑超聲溶解；

b.?稱取一定量的水溶性鎳鹽，沉淀劑和表面活性劑，溶解在步驟a制備的溶液中，攪拌均勻；

c.?在磁力攪拌器不斷攪拌下，將步驟b制備的溶液在油浴100~160℃下回流6~20?h，離心，乙醇洗三次，得到前驅體；

d.?將制備的前驅體在60℃下干燥，干燥完成后將制備的前驅體樣品放在石英舟中并放入管式電阻爐中，在300℃和惰性氣體保護下煅燒，接著300~500℃在馬弗爐中煅燒，最終制備得到石墨烯負載八面體氧化鎳復合材料。

上述步驟a中所述的有機溶劑為丙酮、乙醇、乙二醇、異丙醇、氮-甲基吡咯烷酮、二甲亞砜、二甲基甲酰胺、四氫呋喃中的一種。

上述步驟b中所述的水溶性鎳鹽為氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳中的一種。

上述步驟b中所述的沉淀劑為尿素、氨水、碳酸氫銨中的一種。

上述步驟b中所述的表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基苯磺酸鈉、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一種。

上述步驟b中所述的水溶性鎳鹽、沉淀劑和表面活性劑按照化學計量比配料。

上述步驟d中所述的惰性氣體為氮氣、氬氣中的一種。

石墨烯氧化物的制備，請參見Yuxi?Xu等在J.?AM.CHEM.SOC.,130(18),5856(2008)中所描述的來制備。在制備過程中，首先利用濃硫酸、過硫酸鉀、五氧化二磷將天然石墨粉進行初步的預氧化，然后再利用高錳酸鉀和濃硫酸進行二次氧化，形成氧化石墨，最后將得到的氧化石墨進行酸洗，除去溶液中的重金屬離子，在經過水洗，離心，烘干，得到干的氧化石墨固體，將干的氧化石墨放在陰暗處待用。

同其他的氧化鎳，氧化鎳/石墨烯復合材料相比，我們制備的這種納米復合材料具有如下的突出的結構特點。本發明制備的突出特點在于：