一种锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍的制备方法与流程

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍的制备方法。

背景技术：

石墨烯单层二维材料因具有大比表面积、高的电导率和热导率以及出色的机械性能，引起了人们的广泛关注。石墨烯被广泛应用于锂离子电池、超级电容器和太阳能电池等储能器件中。然而由于石墨烯层与层之间存在很强的π-π相互作用和范德瓦尔斯力，导致石墨烯片层通常会发生团聚和堆叠，这样就会极大的降低石墨烯的有效面积，从而使其应用潜能大打折扣。

技术实现要素：

本发明针对现有技术所存在的不足之处，提供了一种锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍的制备方法，旨在制备出高性能的锂离子电池。

本发明的发明目的通过如下技术方案予以实现。

本发明锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍的制备方法，包括如下步骤：

1)将氧化石墨烯超声分散在水中，获得氧化石墨烯水溶液；然后将泡沫镍浸泡在所述氧化石墨烯水溶液中，以在泡沫镍上沉积氧化石墨烯，得到三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

2)将所述三维氧化石墨烯/泡沫镍材料浸渍于koh溶液中，静置24-48小时后取出，得到活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

3)将所述活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料置于管式炉中，升温至300-800℃，恒温反应1-3小时，然后自然冷却至室温；所得产物用水洗涤至中性，再在鼓风干燥箱中40-60℃烘干3-6小时，即得到用于作为锂离子电池负极材料的活化三维石墨烯/泡沫镍。

优选的，步骤1)中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.5-6mg/ml。

优选的，步骤2)中所述koh溶液的浓度为2-6mol/l。

优选的，步骤3)中的升温速率为5-10℃/min。

所述泡沫镍在本发明的方法中作为模板沉积三维石墨烯。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明活化三维石墨烯/泡沫镍的制备方法，不仅保留了二维石墨烯片的固有性质，而且表面产生大量的纳米级微孔结构，所得材料具有更大的比表面积，为电子/离子、气体和液体传输和存储提供更多的空间，从而显著提高锂离子电池性能；本发明的工艺简单、反应时间短，适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1所得活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料的sem图；

图2为本发明实施例2所得活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料的sem图；

图3为本发明实施例3所得活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料的sem图；

图4为本发明实施例4所得活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料的sem图；

图5为本发明实施例5所得活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料的sem图；

图6为本发明实施例6所得活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料的sem图；

图7为本发明实施例7所得活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料的充放电曲线图；

图8为本发明实施例8所得活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料的充放电曲线图；

图9为本发明实施例9所得活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料的充放电曲线图；

图10为本发明实施例10所得活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料的充放电曲线图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例按如下步骤制备锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍：

1)将氧化石墨烯超声分散在水中，获得2mg/ml的氧化石墨烯水溶液；然后将0.16g泡沫镍浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中，以在泡沫镍上沉积氧化石墨烯，得到三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

2)将三维氧化石墨烯/泡沫镍材料浸渍于3mol/l的koh溶液中，静置48小时后取出，得到活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

3)将活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至300℃，恒温反应1小时，然后自然冷却至室温；所得产物用水洗涤至中性，再在鼓风干燥箱中60℃烘干6小时，即得到活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料。

图1为本实施例所得产物的sem图。

对本实施例所得产物按如下方法进行性能测试：将上述获得的活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料转移到手套箱中，以锂片作为对电极及参比电极，采用celgard2400隔膜，电解液为1mol/llipf6-ec+dmc+emc(体积比1:1:1)，按负极壳-锂片-隔膜-正极片-钢片-弹簧-正极壳的顺序依次放置，并用手动液压封口机在50mpa压力下将电池封口，最后组装成cr2032型纽扣半电池，然后通过深圳新威电池测试仪在电流密度50ma/g下进行20次循环性能测试。

结果表明，本实施例所得产物的首次放电比容量为145mah/g、充电比容量为108mah/g，循环20次后放电比容量为100mah/g、充电比容量为98mah/g。

实施例2

本实施例按如下步骤制备锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍：

1)将氧化石墨烯超声分散在水中，获得2mg/ml的氧化石墨烯水溶液；然后将0.16g泡沫镍浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中，以在泡沫镍上沉积氧化石墨烯，得到三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

2)将三维氧化石墨烯/泡沫镍材料浸渍于6mol/l的koh溶液中，静置48小时后取出，得到活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

3)将活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至300℃，恒温反应1小时，然后自然冷却至室温；所得产物用水洗涤至中性，再在鼓风干燥箱中60℃烘干6小时，即得到活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料。

图2为本实施例所得产物的sem图。

按实施例1相同的方法对本实施例的产物进行性能测试，结果表明，其首次放电比容量为125mah/g、充电比容量为92mah/g，循环20次后放电比容量为86mah/g、充电比容量为85mah/g。

实施例3

本实施例按如下步骤制备锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍：

1)将氧化石墨烯超声分散在水中，获得4mg/ml的氧化石墨烯水溶液；然后将0.16g泡沫镍浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中，以在泡沫镍上沉积氧化石墨烯，得到三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

2)将三维氧化石墨烯/泡沫镍材料浸渍于3mol/l的koh溶液中，静置48小时后取出，得到活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

3)将活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至300℃，恒温反应1小时，然后自然冷却至室温；所得产物用水洗涤至中性，再在鼓风干燥箱中60℃烘干6小时，即得到活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料。

图3为本实施例所得产物的sem图。

按实施例1相同的方法对本实施例的产物进行性能测试，结果表明，其首次放电比容量为195mah/g、充电比容量为158mah/g，循环20次后放电比容量为128mah/g，充电比容量为124mah/g。

实施例4

本实施例按如下步骤制备锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍：

1)将氧化石墨烯超声分散在水中，获得4mg/ml的氧化石墨烯水溶液；然后将0.16g泡沫镍浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中，以在泡沫镍上沉积氧化石墨烯，得到三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

2)将三维氧化石墨烯/泡沫镍材料浸渍于6mol/l的koh溶液中，静置48小时后取出，得到活化三维石墨烯/泡沫镍材料；

3)将活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至300℃，恒温反应1小时，然后自然冷却至室温；所得产物用水洗涤至中性，再在鼓风干燥箱中60℃烘干6小时，即得到活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料。

图4为本实施例所得产物的sem图。

按实施例1相同的方法对本实施例的产物进行性能测试，结果表明，其首次放电比容量为76mah/g、充电比容量为152mah/g，循环20次后放电比容量为121mah/g、充电比容量为116mah/g。

实施例5

本实施例按如下步骤制备锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍：

1)将氧化石墨烯超声分散在水中，获得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液；然后将0.16g泡沫镍浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中，以在泡沫镍上沉积氧化石墨烯，得到三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

2)将三维氧化石墨烯/泡沫镍材料浸渍于3mol/l的koh溶液中，静置48小时后取出，得到活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

3)将活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至300℃，恒温反应1小时，然后自然冷却至室温；所得产物用水洗涤至中性，再在鼓风干燥箱中60℃烘干6小时，即得到活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料。

图5为本实施例所得产物的sem图。

按实施例1相同的方法对本实施例的产物进行性能测试，结果表明：其首次放电比容量为239mah/g、充电比容量为188mah/g，循环20次后放电比容量为150mah/g、充电比容量为146mah/g。

实施例6

本实施例按如下步骤制备锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍：

1)将氧化石墨烯超声分散在水中，获得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液；然后将0.16g泡沫镍浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中，以在泡沫镍上沉积氧化石墨烯，得到三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

2)将三维氧化石墨烯/泡沫镍材料浸渍于6mol/l的koh溶液中，静置48小时后取出，得到活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

3)将活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至300℃，恒温反应1小时，然后自然冷却至室温；所得产物用水洗涤至中性，再在鼓风干燥箱中60℃烘干6小时，即得到活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料。

图6为本实施例所得产物的sem图。

按实施例1相同的方法对本实施例的产物进行性能测试，结果表明：其首次放电比容量为126mah/g、充电比容量为145mah/g，循环20次后放电比容量为128mah/g、充电比容量为122mah/g。

实施例7

本实施例按如下步骤制备锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍：

1)将氧化石墨烯超声分散在水中，获得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液；然后将0.16g泡沫镍浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中，以在泡沫镍上沉积氧化石墨烯，得到三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

2)将三维氧化石墨烯/泡沫镍材料浸渍于3mol/l的koh溶液中，静置48小时后取出，得到活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

3)将活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至400℃，恒温反应1小时，然后自然冷却至室温；所得产物用水洗涤至中性，再在鼓风干燥箱中60℃烘干6小时，即得到活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料。

按实施例1相同的方法对本实施例的产物进行性能测试，图7为其充放电性能图。结果表明，其首次放电比容量为592mah/g、充电比容量为146mah/g，循环20次后放电比容量为90mah/g、充电比容量为104mah/g。

实施例8

本实施例按如下步骤制备锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍：

1)将氧化石墨烯超声分散在水中，获得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液；然后将0.16g泡沫镍浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中，以在泡沫镍上沉积氧化石墨烯，得到三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

2)将三维氧化石墨烯/泡沫镍材料浸渍于3mol/l的koh溶液中，静置48小时后取出，得到活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

3)将活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至600℃，恒温反应1小时，然后自然冷却至室温；所得产物用水洗涤至中性，再在鼓风干燥箱中60℃烘干6小时，即得到活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料。

按实施例1相同的方法对本实施例的产物进行性能测试，图8为其充放电性能图。结果表明：其首次放电比容量为520mah/g、充电比容量为230mah/g，循环20次后放电比容量为108mah/g、充电比容量为104mah/g。

实施例9

本实施例按如下步骤制备锂离子电池用活化三维石墨烯/泡沫镍：

1)将氧化石墨烯超声分散在水中，获得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液；然后将0.16g泡沫镍浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中，以在泡沫镍上沉积氧化石墨烯，得到三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

2)将三维氧化石墨烯/泡沫镍材料浸渍于3mol/l的koh溶液中，静置48小时后取出，得到活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

3)将活化三维氧化石墨烯/泡沫镍材料置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至800℃，恒温反应1小时，然后自然冷却至室温；所得产物用水洗涤至中性，再在鼓风干燥箱中60℃烘干6小时，即得到活化三维石墨烯/泡沫镍负极材料。

按实施例1相同的方法对本实施例的产物进行性能测试，图9为其充放电性能图。结果表明：其首次放电比容量为955mah/g，充电比容量为660mah/g，循环20次后放电比容量为683mah/g，充电比容量为664mah/g。

对比例

本实施例按如下步骤制备锂离子电池用三维石墨烯/泡沫镍：

1)将氧化石墨烯超声分散在水中，获得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液；然后将0.16g泡沫镍浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中，以在泡沫镍上沉积氧化石墨烯，得到三维氧化石墨烯/泡沫镍材料；

2)将三维氧化石墨烯/泡沫镍材料置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至300℃，恒温反应1小时，然后自然冷却至室温；所得产物用水洗涤至中性，再在鼓风干燥箱中60℃烘干6小时，即得到三维石墨烯/泡沫镍负极材料。

按实施例1相同的方法对本实施例的产物进行性能测试，图10为其充放电性能图。结果表明：其首次放电比容量为153mah/g、充电比容量为87mah/g，循环20次后放电比容量为77mah/g、充电比容量为73mah/g。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。