[發(fā)明專利]一種鎳氫電池正極用氫氧化鎳／石墨烯復合材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105591087B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設計）人: 赫文秀;張永強;孟晶;李興盛;王亞雄;周晨亮;蘭大為
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/34
• 代理公司: 北京律遠專利代理事務所(普通合伙)11574
• 代理人: 全成哲

技術領域

本發(fā)明具體涉及一種鎳氫電池正極用氫氧化鎳／石墨烯復合材料的制備方法，屬于鎳氫電池電極材料技術領域。

背景技術

近年來，中國部分城市霧霾現(xiàn)象越來越嚴重，而大量的汽車尾氣污染物是罪魁禍首之一，因此大力發(fā)展電動汽車是有效應對能源與環(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，缺點是具有輕度記憶效應，高溫環(huán)境下性能差，但是由于其技術成熟，綜合性能好，是當前混合動力汽車中應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。Ni(OH)₂由于具有優(yōu)異的電化學性能已被廣泛地用作鎳氫電池的正極活性物質。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。

氫氧化鎳電極應用的根本均是基于在堿性溶液中電極表面發(fā)生 Ni(OH)₂/NiOOH氧化還原反應過程。而這一反應過程嚴重受到 Ni(OH)₂導電性差的制約，使其應用受到限制。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、機械強度高，比表面積大、高的導電性和化學穩(wěn)定性等特性，因此，近年來不斷有人進行將石墨烯與Ni(OH)₂制成復合材料的應用探索，實現(xiàn)電極材料高電容量、高結構穩(wěn)定性和高導電性。但是這些現(xiàn)有技術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，導致電極活性物質的活性下降以及電池壽命的降低。

發(fā)明內容

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／石墨烯復合材料的制備方法，所述方法為：

以氧化石墨為原料配成1mg/mL的懸浮液，將不同質量的硝酸鎳加到懸浮液中，復合材料中氧化石墨烯和氫氧化鎳質量比為1:5、1:9或1:13，將加入硝酸鎳后的懸浮液進行超聲波分散，然后滴加尿素，攪拌后轉移至三口燒瓶中，再將三口燒瓶置于Apex常壓微波反應合成器中反應后進行真空抽濾，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／石墨烯復合材料。

進一步的，所述方法中將加入硝酸鎳后的懸浮液進行超聲波分散，然后滴加尿素的步驟具體為：將加入硝酸鎳后的懸浮液進行超聲波分散的時間為2h，硝酸鎳與尿素的摩爾比為1:6。

進一步的，所述方法攪拌后轉移至三口燒瓶中的步驟具體為：攪拌1h后轉移至500mL三口燒瓶中。

進一步的，所述方法中將三口燒瓶置于Apex常壓微波反應合成器中反應后進行真空抽濾的步驟具體為：將三口燒瓶置于Apex常壓微波反應合成器中，在微波功率800W下升溫至100℃、恒溫反應3h后自然冷卻至室溫，進行真空抽濾。

進一步的，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℃下真空干燥12h。