Se復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，尤其涉及一種石墨稀負(fù)載Nias5Se復(fù)合材料制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨能源危機(jī)及環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，鋰離子電池作為可再生能源的新型儲(chǔ)能器件，清潔無(wú)污染，近年來(lái)受到各國(guó)政府的高度重視，成為研究的熱點(diǎn)之一。鋰離子電池具有工作電壓高，能量密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)、重量輕、自放電小等優(yōu)良的綜合性能，近年來(lái)發(fā)展迅速，在民用、交通、電子、軍事、航天航空等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。但隨著人們生活的需要，尤其是鋰離子電池作為將來(lái)電動(dòng)汽車及混合動(dòng)力汽車最有潛力的驅(qū)動(dòng)能源，必然需要具有更高的能量密度、功率密度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。就負(fù)極材料而言，商業(yè)化的石墨類負(fù)極材料的理論比容量?jī)H為372mAh/g，其較低的能量密度和功率密度顯然難以滿足市場(chǎng)需求。因此，開(kāi)發(fā)具有商業(yè)化前景的高性能負(fù)極材料，對(duì)電子設(shè)備的進(jìn)一步快速發(fā)展起著巨大的推動(dòng)作用。
[0003]石墨烯作為一種新型柔性二維平面狀納米碳材料，具有較大的比表面積，良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱特性，有利于電子的快速傳輸。同時(shí)大量本征褶皺的石墨烯片層搭接形成開(kāi)放的大孔體系，為電解質(zhì)離子的進(jìn)入提供了勢(shì)皇極低的通道，促進(jìn)了離子的快速傳輸，保證了這種材料良好的功率特性。Nias5Se是一種非整數(shù)比的鎳化砸化合物，最近的研究表明，Nias5Se具有較好的電催化性能，可用于鋰離子電池負(fù)極材料。如何制備一種既具備Nias5Se的電催化性能，又具備石墨烯的良好導(dǎo)電性的復(fù)合材料顯得十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯負(fù)載Nias5Se復(fù)合材料的制備方法及其作為鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。本發(fā)明將Nias5Se負(fù)載在石墨烯上，該方法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫度低，成本低廉，綠色可控。同時(shí)將材料應(yīng)用于鋰離子電池中，為尋求低成本、高活性、高穩(wěn)定性的非貴金屬負(fù)極材料提供了理論和實(shí)際支持，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明的石墨烯負(fù)載Nias5Se復(fù)合材料的制備方法的具體步驟如下:
[0007](1)將還原劑與氧化石墨烯溶液混合，攪拌均勻形成棕色溶液后加入盛有若干水的聚四氟內(nèi)襯不銹鋼反應(yīng)釜中；
[0008](2)將六水氯化鎳和砸粉裝入上述反應(yīng)釜中充分?jǐn)嚢??20min ；
[0009](3)封閉反應(yīng)釜，在120?180°C下反應(yīng)12?48h ；
[0010](4)反應(yīng)后自然冷卻，將反應(yīng)釜內(nèi)混合物抽濾，并用蒸餾水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌、抽濾；
[0011](5)干燥后得到石墨烯負(fù)載Nias5Se復(fù)合材料；
[0012]上述反應(yīng)體系中各組分的比例為:每50?100mL水對(duì)應(yīng)六水氯化鎳150?550mg，砸粉50?200mg，氧化石墨稀的用量為200?800mg，還原劑體積為6?12mL。
[0013]所述的還原劑為水合肼、碘化氫和抗壞血酸中的任一種。
[0014]所述的氧化石墨烯溶液采用的溶劑為水、甲醇、乙醇、異丙醇中的任一種。
[0015]進(jìn)一步地，反應(yīng)體系中各組分的比例為:每70_80mL水對(duì)應(yīng)六水氯化鎳300-550mg，砸粉100-200mg，氧化石墨烯的用量為500-800mg，還原劑體積為6_10mL，然后充分?jǐn)嚢?0-20min，封閉反應(yīng)釜，在140_160°C下反應(yīng)12_36h。
[0016]進(jìn)一步地，反應(yīng)體系中各組分的比例為:每72mL水對(duì)應(yīng)六水氯化鎳480mg，砸粉160mg，氧化石墨稀的用量為550mg，還原劑體積為8mL，然后充分?jǐn)嚢?0min，封閉反應(yīng)爸，在140°C下反應(yīng)24h。
[0017]本發(fā)明制備的石墨烯負(fù)載Nias5Se復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。
[0018]本發(fā)明利用石墨烯和高容量負(fù)極材料Nias5Se的各自優(yōu)勢(shì)來(lái)構(gòu)造一種柔性石墨烯將砸化物顆粒包覆起來(lái)類似三明治結(jié)構(gòu)，或者均勻地將納米顆粒緊緊錨定在石墨烯基底上的復(fù)合電極材料，將具有良好的協(xié)同效應(yīng)而使復(fù)合電極材料具有高容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020]本發(fā)明通過(guò)水熱法制備得到的NiQ.S5Se/CRG(Chemical reduct1n grapgene,化學(xué)還原石墨烯，簡(jiǎn)稱CRG)納米復(fù)合材料可以作為鋰離子電池負(fù)極材料。所發(fā)明的鋰離子電池負(fù)極材料具有制備方法簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫度低，成本低廉，綠色可控，適于工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)將材料應(yīng)用于鋰離子電池中，為尋求低成本、高活性、高穩(wěn)定性的非貴金屬負(fù)極材料提供了理論和實(shí)際支持。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是實(shí)施例1制備的石墨烯負(fù)載NiQ.85Se復(fù)合材料的XRD圖譜。
[0022]圖2是實(shí)施例1制備的石墨烯負(fù)載NiQ.S5Se復(fù)合材料的SEM圖譜。
[0023]圖3是實(shí)施例1制備的石墨烯負(fù)載NiQ.S5Se復(fù)合材料的充放電曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1:
[0025](1)將水合肼8mL與氧化石墨烯溶液混合，所述的氧化石墨烯溶液采用的溶劑為水，對(duì)應(yīng)氧化石墨稀的用量為550mg，攪拌均勻形成棕色溶液后加入盛有72mL水的聚四氟內(nèi)襯不銹鋼反應(yīng)爸中；
[0026](2)將480mg六水氯化鎳和160mg砸粉裝入上述反應(yīng)釜中充分?jǐn)嚢?0min ；
[0027](3)封閉反應(yīng)釜，在140°C下反應(yīng)24h ；
[0028](4)反應(yīng)后置于室溫下自然冷卻，將反應(yīng)釜內(nèi)混合物抽濾，并用蒸餾水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌三次、抽濾；
[0029](5)最后把樣品放在60°C真空下干燥12小時(shí)，制得石墨烯負(fù)載NiQ.85Se復(fù)合
[0030]材料；
[0031]性能試驗(yàn):對(duì)制備的石墨烯負(fù)載Nias5Se復(fù)合材料進(jìn)行了 X射線衍射測(cè)試以及場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡圖，結(jié)果如圖1所示，XRD圖譜顯示出結(jié)晶度較高的Nias5Se圖譜，也顯不了明顯的石墨稀特征峰。如圖2的SEM電鏡圖顯不，NiQ.85Se顆粒包覆在石墨稀表面。圖3是石墨烯負(fù)載Nias5Se復(fù)合材料的充放電曲線，表明該復(fù)合材料有高的電容量。
[0032]實(shí)施例2:
[0033](1)將碘化氫6mL與氧化石墨烯溶液混合，所述的氧化石墨烯溶液采用的溶劑為甲醇，對(duì)應(yīng)氧化石墨稀的用量為500mg，攪拌均勻形成棕色溶液后加入盛有70mL水的聚四氟內(nèi)襯不銹鋼反應(yīng)釜中；
[0034](2)將300mg六水氯化鎳和lOOmg砸粉裝入上述反應(yīng)釜中充分?jǐn)嚢鑜Omin ；
[0035](3)封閉反應(yīng)釜，在160°C下反應(yīng)12h ；
[0036](4)反應(yīng)后置于室溫下自然冷卻，將