[發明專利]一種高性能鎳-鈷硒化物/三維石墨烯/泡沫鎳無粘結劑電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201811381555.X
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109524245B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 郭新立;王藝璇;張偉杰;陳忠濤;金開;劉園園;劉闖;殷亮亮;鄭燕梅;唐璇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/44;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種高性能鎳?鈷硒化物/三維石墨烯/泡沫鎳無粘結劑電極材料的制備方法，包括以下步驟：首先以CH₄作為碳源，通過CVD技術制備生長有三維石墨烯的泡沫鎳；再將制備好的三維石墨烯的泡沫鎳浸入溶液中，通過第一次水熱反應；將沉淀物收集并多次洗滌，加入硒粉和NaOH后進行第二次水熱反應，最后清洗樣品并在真空環境中進行干燥。通過簡單的CVD方法，在泡沫鎳上原位生長了一層三維石墨烯，隨后在未添加其他改性劑或活化劑的情況下，通過兩次水熱反應，在三維石墨烯/泡沫鎳上直接生長鎳?鈷硒化物，制備得到了一種無粘結劑、穩定、電化學性能優異的新型電極材料，在能源領域以及其它電子器件領域有著廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及電極材料技術領域，具體涉及一種高性能鎳-鈷硒化物/三維石墨烯/泡沫鎳無粘結劑電極材料的制備方法。

背景技術

隨著工業的快速發展，能源需求日益增加，因此，電化學儲能裝置對現代社會具有強烈影響。超級電容器相比于電池，具有大電流放電能力，功率密度大，循環壽命長，環境友好等多種優勢。

過渡金屬尤其是Ni、Co元素，由于其優異的電化學性質和豐富的自然資源而被廣泛應用于儲能裝置的研究和開發中。鎳-鈷硒化物作為一種新型多功能材料，更因為其具有優于其他鎳鈷硫屬元素化合物的優異電子傳導性，元素硒更加安全而受到越來越多的關注。

石墨烯(G)作為納米復合材料的優異二維(2D)載體，由于其出色的導熱性和導電性，顯著的循環穩定性，機械柔韌性和超大的理論比表面積，引起了科研人員的極大興趣。與二維石墨烯載體相比，三維(3D)石墨烯具有更高的比表面積和電學性質。通過化學氣相沉積(CVD)在泡沫鎳(NF)上制造的無縫連接的三維石墨烯網絡可以同時實現優異的導電性和大的比表面積。在三維石墨烯/ 泡沫鎳上生長垂直排列的鎳-鈷硒化物納米片可以為這種網絡結構提供更大的表面活性區域和豐富的電活性位點，縮短離子擴散的傳輸路徑。因此，結合鎳-鈷硒化物和三維石墨烯/泡沫鎳的優勢被認為是獲得高效電化學活性以及高性能超級電容器電極的有效方法。

此外，電極材料的化學粘合劑也是影響電極材料電化學性能的一個重要問題。

發明內容

發明目的：本發明目的是提供一種高性能鎳-鈷硒化物/三維石墨烯/泡沫鎳無粘結劑電極材料的制備方法，利用CVD技術結合兩步水熱處理，在無其他粘結劑的條件下，合成了高性能鎳-鈷硒化物/三維石墨烯/泡沫鎳無粘結劑電極材料，解決了化學粘合劑影響電極材料電化學性能的問題。

技術方案：本發明一種高性能鎳-鈷硒化物/三維石墨烯/泡沫鎳無粘結劑電極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將泡沫鎳洗凈干燥后放入石英管中，同時通入Ar氣和H₂氣，并升溫至800-1100℃后，恒溫反應20-50min；

(2)減少H₂氣流量直至為零，以CH₄作為碳源，將5-15sccm的CH₄引入石英管中并恒溫反應5-20min，最后在Ar氣氣氛中快速冷卻至室溫，制得3D石墨烯包覆的泡沫鎳；

(3)將NiCl₂·6H₂O和CoCl₂·6H₂O溶解在去離子水中，加入尿素和NH₄F，繼續攪拌至混合物完全溶解，然后與3D石墨烯包覆的泡沫鎳一起轉移至反應釜中進行第一次水熱反應，反應溫度為120℃-150℃，反應時間為8-10h；

(4)收集第一次水熱反應的沉淀物并進行多次洗滌，加入硒粉和NaOH進行第二次水熱反應，反應溫度為150℃-180℃，反應時間為10-12h；

(5)第二次水熱反應完成后多次清洗樣品并在真空環境中進行干燥，得到鎳-鈷硒化物/三維石墨烯/泡沫鎳無粘結劑電極材料。