CN105280903A - 石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源和新材料应用技术领域,公开了一种石墨烯负载Ni0.85Se的制备方法及其作为锂离子电池负极材料的应用。制备方法如下:将六水氯化镍和硒粉加入水中,加入水合肼,搅拌,再加入氧化石墨烯溶液,上述反应体系中各组分的比例为:每50~100mL水对应六水氯化镍150~550mg,硒粉50~200mg,氧化石墨烯的用量为200~800mg,水合肼体积为6~12mL,然后充分搅拌5~20min,移入高压反应釜中,在120~180℃下反应12~48h,得到石墨烯负载Ni0.85Se复合材料。该制备方法简单,反应温度低,成本低廉,绿色可控,适于工业化生产。

Description

石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种复合材料,尤其涉及一种石墨烯负载Ni0.85Se复合材料制备方法及应用。
背景技术
伴随能源危机及环境问题日益凸显,锂离子电池作为可再生能源的新型储能器件,清洁无污染,近年来受到各国政府的高度重视,成为研究的热点之一。锂离子电池具有工作电压高,能量密度高,循环寿命长、重量轻、自放电小等优良的综合性能,近年来发展迅速,在民用、交通、电子、军事、航天航空等领域都有重要的应用。但随着人们生活的需要,尤其是锂离子电池作为将来电动汽车及混合动力汽车最有潜力的驱动能源,必然需要具有更高的能量密度、功率密度和良好的循环稳定性。就负极材料而言,商业化的石墨类负极材料的理论比容量仅为372mAh/g,其较低的能量密度和功率密度显然难以满足市场需求。因此,开发具有商业化前景的高性能负极材料,对电子设备的进一步快速发展起着巨大的推动作用。
石墨烯作为一种新型柔性二维平面状纳米碳材料,具有较大的比表面积,良好的导电性和导热特性,有利于电子的快速传输。同时大量本征褶皱的石墨烯片层搭接形成开放的大孔体系,为电解质离子的进入提供了势垒极低的通道,促进了离子的快速传输,保证了这种材料良好的功率特性。Ni0.85Se是一种非整数比的镍化硒化合物,最近的研究表明,Ni0.85Se具有较好的电催化性能,可用于锂离子电池负极材料。如何制备一种既具备Ni0.85Se的电催化性能,又具备石墨烯的良好导电性的复合材料显得十分重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的制备方法及其作为锂离子电池负极材料的应用。本发明将Ni0.85Se负载在石墨烯上,该方法工艺简单,反应温度低,成本低廉,绿色可控。同时将材料应用于锂离子电池中,为寻求低成本、高活性、高稳定性的非贵金属负极材料提供了理论和实际支持,适于工业化生产。
本发明采用如下技术方案:
本发明的石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的制备方法的具体步骤如下:
(1)将还原剂与氧化石墨烯溶液混合,搅拌均匀形成棕色溶液后加入盛有若干水的聚四氟内衬不锈钢反应釜中;
(2)将六水氯化镍和硒粉装入上述反应釜中充分搅拌5~20min;
(3)封闭反应釜,在120~180℃下反应12~48h;
(4)反应后自然冷却,将反应釜内混合物抽滤,并用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤、抽滤;
(5)干燥后得到石墨烯负载Ni0.85Se复合材料;
上述反应体系中各组分的比例为:每50~100mL水对应六水氯化镍150~550mg,硒粉50~200mg,氧化石墨烯的用量为200~800mg,还原剂体积为6~12mL。
所述的还原剂为水合肼、碘化氢和抗坏血酸中的任一种。
所述的氧化石墨烯溶液采用的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇中的任一种。
进一步地,反应体系中各组分的比例为:每70-80mL水对应六水氯化镍300-550mg,硒粉100-200mg,氧化石墨烯的用量为500-800mg,还原剂体积为6-10mL,然后充分搅拌10-20min,封闭反应釜,在140-160℃下反应12-36h。
进一步地,反应体系中各组分的比例为:每72mL水对应六水氯化镍480mg,硒粉160mg,氧化石墨烯的用量为550mg,还原剂体积为8mL,然后充分搅拌20min,封闭反应釜,在140℃下反应24h。
本发明制备的石墨烯负载Ni0.85Se复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。
本发明利用石墨烯和高容量负极材料Ni0.85Se的各自优势来构造一种柔性石墨烯将硒化物颗粒包覆起来类似三明治结构,或者均匀地将纳米颗粒紧紧锚定在石墨烯基底上的复合电极材料,将具有良好的协同效应而使复合电极材料具有高容量和良好的循环稳定性及倍率性能。
与现有技术相比,本发明优点在于:
本发明通过水热法制备得到的Ni0.85Se/CRG(Chemicalreductiongrapgene,化学还原石墨烯,简称CRG)纳米复合材料可以作为锂离子电池负极材料。所发明的锂离子电池负极材料具有制备方法简单,反应温度低,成本低廉,绿色可控,适于工业化生产。同时将材料应用于锂离子电池中,为寻求低成本、高活性、高稳定性的非贵金属负极材料提供了理论和实际支持。
附图说明
图1是实施例1制备的石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的XRD图谱。
图2是实施例1制备的石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的SEM图谱。
图3是实施例1制备的石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的充放电曲线。
具体实施方式
实施例1:
(1)将水合肼8mL与氧化石墨烯溶液混合,所述的氧化石墨烯溶液采用的溶剂为水,对应氧化石墨烯的用量为550mg,搅拌均匀形成棕色溶液后加入盛有72mL水的聚四氟内衬不锈钢反应釜中;
(2)将480mg六水氯化镍和160mg硒粉装入上述反应釜中充分搅拌20min;
(3)封闭反应釜,在140℃下反应24h;
(4)反应后置于室温下自然冷却,将反应釜内混合物抽滤,并用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤三次、抽滤;
(5)最后把样品放在60℃真空下干燥12小时,制得石墨烯负载Ni0.85Se复合
材料;
性能试验:对制备的石墨烯负载Ni0.85Se复合材料进行了X射线衍射测试以及场发射扫描电子显微镜图,结果如图1所示,XRD图谱显示出结晶度较高的Ni0.85Se图谱,也显示了明显的石墨烯特征峰。如图2的SEM电镜图显示,Ni0.85Se颗粒包覆在石墨烯表面。图3是石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的充放电曲线,表明该复合材料有高的电容量。
实施例2:
(1)将碘化氢6mL与氧化石墨烯溶液混合,所述的氧化石墨烯溶液采用的溶剂为甲醇,对应氧化石墨烯的用量为500mg,搅拌均匀形成棕色溶液后加入盛有70mL水的聚四氟内衬不锈钢反应釜中;
(2)将300mg六水氯化镍和100mg硒粉装入上述反应釜中充分搅拌10min;
(3)封闭反应釜,在160℃下反应12h;
(4)反应后置于室温下自然冷却,将反应釜内混合物抽滤,并用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤三次、抽滤;
(5)最后把样品放在60℃真空下干燥12小时,制得石墨烯负载Ni0.85Se复合材料。
实施例3:
(1)将抗坏血酸10mL与氧化石墨烯溶液混合,所述的氧化石墨烯溶液采用的溶剂为乙醇,对应氧化石墨烯的用量为700mg,搅拌均匀形成棕色溶液后加入盛有80mL水的聚四氟内衬不锈钢反应釜中;
(2)将550mg六水氯化镍和200mg硒粉装入上述反应釜中充分搅拌20min;
(3)封闭反应釜,在200℃下反应36h;
(4)反应后置于室温下自然冷却,将反应釜内混合物抽滤,并用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤三次、抽滤;
(5)最后把样品放在60℃真空下干燥12小时,制得石墨烯负载Ni0.85Se复合材料。
实施例4:
(1)将水合肼6mL与氧化石墨烯溶液混合,所述的氧化石墨烯溶液采用的溶剂为乙醇,对应氧化石墨烯的用量为200mg,搅拌均匀形成棕色溶液后加入盛有50mL水的聚四氟内衬不锈钢反应釜中;
(2)将150mg六水氯化镍和50mg硒粉装入上述反应釜中充分搅拌5min;
(3)封闭反应釜,在120℃下反应12h;
(4)反应后置于室温下自然冷却,将反应釜内混合物抽滤,并用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤三次、抽滤;
(5)最后把样品放在60℃真空下干燥12小时,制得石墨烯负载Ni0.85Se复合材料。
实施例5:
(1)将碘化氢12mL与氧化石墨烯溶液混合,所述的氧化石墨烯溶液采用的溶剂为异丙醇,对应氧化石墨烯的用量为800mg,搅拌均匀形成棕色溶液后加入盛有100mL水的聚四氟内衬不锈钢反应釜中;
(2)将550mg六水氯化镍和200mg硒粉装入上述反应釜中充分搅拌10min;
(3)封闭反应釜,在180℃下反应48h;
(4)反应后置于室温下自然冷却,将反应釜内混合物抽滤,并用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤三次、抽滤;
(5)最后把样品放在60℃真空下干燥12小时,制得石墨烯负载Ni0.85Se复合材料。
实施例6:
(1)将水合肼8mL与氧化石墨烯溶液混合,所述的氧化石墨烯溶液采用的溶剂为水,对应氧化石墨烯的用量为500mg,搅拌均匀形成棕色溶液后加入盛有60mL水的聚四氟内衬不锈钢反应釜中;
(2)将400mg六水氯化镍和100mg硒粉装入上述反应釜中充分搅拌15min;
(3)封闭反应釜,在150℃下反应40h;
(4)反应后置于室温下自然冷却,将反应釜内混合物抽滤,并用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤三次、抽滤;
(5)最后把样品放在60℃真空下干燥12小时,制得石墨烯负载Ni0.85Se复合材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)将还原剂与氧化石墨烯溶液混合,搅拌均匀形成棕色溶液后加入盛有若干水的聚四氟内衬不锈钢反应釜中;
(2)将六水氯化镍和硒粉装入上述反应釜中充分搅拌5~20min;
(3)封闭反应釜,在120~180℃下反应12~48h;
(4)反应后自然冷却,将反应釜内混合物抽滤,并用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤、抽滤;
(5)干燥后得到石墨烯负载Ni0.85Se复合材料;
上述反应体系中各组分的比例为:每50~100mL水对应六水氯化镍150~550mg,硒粉50~200mg,氧化石墨烯的用量为200~800mg,还原剂体积为6~12mL。
2.根据权利要求1所述的石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的制备方法,其特征在于:所述的还原剂为水合肼、碘化氢和抗坏血酸中的任一种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的制备方法,其特征在于:所述的氧化石墨烯溶液采用的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇中的任一种。
4.根据权利要求1所述的石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的制备方法,其特征在于:反应体系中各组分的比例为:每70-80mL水对应六水氯化镍300-550mg,硒粉100-200mg,氧化石墨烯的用量为500-800mg,还原剂体积为6-10mL,然后充分搅拌10-20min,封闭反应釜,在140-160℃下反应12-36h。
5.根据权利要求1所述的石墨烯负载Ni0.85Se复合材料的制备方法,其特征在于:反应体系中各组分的比例为:每72mL水对应六水氯化镍480mg,硒粉160mg,氧化石墨烯的用量为550mg,还原剂体积为8mL,然后充分搅拌20min,封闭反应釜,在140℃下反应24h。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法制备的石墨烯负载Ni0.85Se复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。
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