[發(fā)明專(zhuān)利]Ni(OH)2?碳納米管還原氧化石墨烯復(fù)合材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711146543.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107946083A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付建軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 成都市鑫裕華科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01G11/30
• 分類(lèi)號(hào): H01G11/30;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是Ni(OH)₂-碳納米管還原氧化石墨烯復(fù)合材料。

背景技術(shù)

Ni(OH)₂是一種P型半導(dǎo)體，改善Ni(OH)₂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性的有效方法之一是向其中添加碳材料。作為碳材料的碳納米管(CNTs)和石墨烯自問(wèn)世以來(lái)，由于其優(yōu)異的化學(xué)和物理性能引起了研究者的極大關(guān)注。CNTs是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維材料，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)良的物理化學(xué)特性。

石墨烯是一種二維新型碳材料，是碳原子由sp2雜化連接而成的單原子層，其基本結(jié)構(gòu)是一種穩(wěn)定的苯六元環(huán)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定的正六邊形結(jié)構(gòu)保證了自身非常穩(wěn)定的性質(zhì)。因此將Ni(OH)2與CNTs、石墨烯復(fù)合，所得到的Ni(OH)₂-CNTs/石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)可以維持電極穩(wěn)定性，從而提高其循環(huán)性能，與碳基材料復(fù)合還可以大幅度改善電極材料的導(dǎo)電性，提升其倍率性能。

采用化學(xué)沉淀法制備了石墨烯/SWCNTs/Ni(OH)₂復(fù)合材料，研究了石墨烯與CNTs的不同質(zhì)量比對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響，其用于超級(jí)電容器顯示了良好的循環(huán)性能。

通過(guò)乙醇溶劑熱法合成了鎳鋁層狀雙氫氧化物/石墨烯/CNTs復(fù)合材料，其結(jié)構(gòu)有利于提高電極材料的電化學(xué)性能，作為電極材料擁有高的比電容(5mA/cm²時(shí)1562F/g)、優(yōu)良的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

通過(guò)水熱法制備了碳納米管-α-Ni(OH)₂/石墨烯復(fù)合材料，作為超級(jí)電容器的電極材料，在電流密度為15A/g下經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后比容量仍能達(dá)到1008F/g。通過(guò)CVD法制備了含有Ni(OH)₂納米片、CNTs、石墨烯的復(fù)合材料，電流密度為10A/g時(shí)，經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后其比電容仍能保持80％，表現(xiàn)了高的容量保持率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供Ni(OH)₂-碳納米管還原氧化石墨烯復(fù)合材料，本發(fā)明采用CNTs和RGO的協(xié)同的作用有效提高了電極材料的導(dǎo)電性，特別是CNTs阻止石墨烯片層的重疊，在充放電過(guò)程中穩(wěn)定了電極材料的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出優(yōu)秀的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

CNTs作為彈性支撐材料，抑制了電極材料在充放電過(guò)程中的體積膨脹，在快速充放電中有利于電解質(zhì)離子的擴(kuò)散，有利于增加電解液與活性物質(zhì)的接觸表面積，從而使電極材料具有較高的放電比容量及較好的穩(wěn)定性。

本發(fā)明所制備的材料具有高比容量和良好循環(huán)穩(wěn)定性的電極材料，為鎳基電池高性能、低成本電極材料的優(yōu)化制備提供便利。

Ni(OH)₂-碳納米管還原氧化石墨烯復(fù)合材料，包括以下重量組分的原料：石墨粉50-100份、濃硫酸5-16份、KMnO₄3-5份、NaNO₃2-4份、H₂O₂70-90份、碳納米管5-20份、硝酸鎳(Ni(NO₃)₂·6H₂O)12-15份、NaOH 0.3-0.8份，水合聯(lián)氨1-3份、無(wú)水乙醇2-6份，聚四氟乙烯乳液5-12份、乙炔黑3-8份、泡沫鎳10-15份。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述石墨粉的粒徑為30-40μm。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述濃硫酸的濃度大于98％。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述泡沫鎳的厚度為1mm、面密度為320g/cm²、孔隙率為95％。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述碳納米管的外徑為30～50nm，長(zhǎng)度為10～20μm的多壁碳納米管或單壁碳納米管。

Ni(OH)₂-碳納米管還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：制備GO/CNTs混合溶液；

步驟S2：具體是指：按照質(zhì)量比GO:Ni(OH)₂＝1：8稱(chēng)取一定量的硝酸鎳(Ni(NO₃)₂·6H₂O)溶于10mL去離子水中，將該溶液緩慢滴加到上述GO/CNTs混合溶液中，攪拌3-4h；

步驟S3：水熱反應(yīng)；

步驟S4：真空干燥，得到Ni(OH)₂-CNTs/RGO復(fù)合材料。