本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳的制備方法。
背景技術(shù):
石墨烯單層二維材料因具有大比表面積、高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率以及出色的機械性能,引起了人們的廣泛關(guān)注。石墨烯被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級電容器和太陽能電池等儲能器件中。然而由于石墨烯層與層之間存在很強的π-π相互作用和范德瓦爾斯力,導(dǎo)致石墨烯片層通常會發(fā)生團聚和堆疊,這樣就會極大的降低石墨烯的有效面積,從而使其應(yīng)用潛能大打折扣。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處,提供了一種鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳的制備方法,旨在制備出高性能的鋰離子電池。
本發(fā)明的發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
本發(fā)明鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳的制備方法,包括如下步驟:
1)將氧化石墨烯超聲分散在水中,獲得氧化石墨烯水溶液;然后將泡沫鎳浸泡在所述氧化石墨烯水溶液中,以在泡沫鎳上沉積氧化石墨烯,得到三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
2)將所述三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料浸漬于koh溶液中,靜置24-48小時后取出,得到活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
3)將所述活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料置于管式爐中,升溫至300-800℃,恒溫反應(yīng)1-3小時,然后自然冷卻至室溫;所得產(chǎn)物用水洗滌至中性,再在鼓風(fēng)干燥箱中40-60℃烘干3-6小時,即得到用于作為鋰離子電池負(fù)極材料的活化三維石墨烯/泡沫鎳。
優(yōu)選的,步驟1)中所述氧化石墨烯水溶液的濃度為0.5-6mg/ml。
優(yōu)選的,步驟2)中所述koh溶液的濃度為2-6mol/l。
優(yōu)選的,步驟3)中的升溫速率為5-10℃/min。
所述泡沫鎳在本發(fā)明的方法中作為模板沉積三維石墨烯。
與已有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
本發(fā)明活化三維石墨烯/泡沫鎳的制備方法,不僅保留了二維石墨烯片的固有性質(zhì),而且表面產(chǎn)生大量的納米級微孔結(jié)構(gòu),所得材料具有更大的比表面積,為電子/離子、氣體和液體傳輸和存儲提供更多的空間,從而顯著提高鋰離子電池性能;本發(fā)明的工藝簡單、反應(yīng)時間短,適合工業(yè)化生產(chǎn)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例1所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料的sem圖;
圖2為本發(fā)明實施例2所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料的sem圖;
圖3為本發(fā)明實施例3所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料的sem圖;
圖4為本發(fā)明實施例4所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料的sem圖;
圖5為本發(fā)明實施例5所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料的sem圖;
圖6為本發(fā)明實施例6所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料的sem圖;
圖7為本發(fā)明實施例7所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料的充放電曲線圖;
圖8為本發(fā)明實施例8所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料的充放電曲線圖;
圖9為本發(fā)明實施例9所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料的充放電曲線圖;
圖10為本發(fā)明實施例10所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料的充放電曲線圖。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明,本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施,給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程,但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
本實施例按如下步驟制備鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳:
1)將氧化石墨烯超聲分散在水中,獲得2mg/ml的氧化石墨烯水溶液;然后將0.16g泡沫鎳浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中,以在泡沫鎳上沉積氧化石墨烯,得到三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
2)將三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料浸漬于3mol/l的koh溶液中,靜置48小時后取出,得到活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
3)將活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料置于管式爐中,以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,恒溫反應(yīng)1小時,然后自然冷卻至室溫;所得產(chǎn)物用水洗滌至中性,再在鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干6小時,即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料。
圖1為本實施例所得產(chǎn)物的sem圖。
對本實施例所得產(chǎn)物按如下方法進行性能測試:將上述獲得的活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料轉(zhuǎn)移到手套箱中,以鋰片作為對電極及參比電極,采用celgard2400隔膜,電解液為1mol/llipf6-ec+dmc+emc(體積比1:1:1),按負(fù)極殼-鋰片-隔膜-正極片-鋼片-彈簧-正極殼的順序依次放置,并用手動液壓封口機在50mpa壓力下將電池封口,最后組裝成cr2032型紐扣半電池,然后通過深圳新威電池測試儀在電流密度50ma/g下進行20次循環(huán)性能測試。
結(jié)果表明,本實施例所得產(chǎn)物的首次放電比容量為145mah/g、充電比容量為108mah/g,循環(huán)20次后放電比容量為100mah/g、充電比容量為98mah/g。
實施例2
本實施例按如下步驟制備鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳:
1)將氧化石墨烯超聲分散在水中,獲得2mg/ml的氧化石墨烯水溶液;然后將0.16g泡沫鎳浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中,以在泡沫鎳上沉積氧化石墨烯,得到三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
2)將三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料浸漬于6mol/l的koh溶液中,靜置48小時后取出,得到活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
3)將活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料置于管式爐中,以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,恒溫反應(yīng)1小時,然后自然冷卻至室溫;所得產(chǎn)物用水洗滌至中性,再在鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干6小時,即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料。
圖2為本實施例所得產(chǎn)物的sem圖。
按實施例1相同的方法對本實施例的產(chǎn)物進行性能測試,結(jié)果表明,其首次放電比容量為125mah/g、充電比容量為92mah/g,循環(huán)20次后放電比容量為86mah/g、充電比容量為85mah/g。
實施例3
本實施例按如下步驟制備鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳:
1)將氧化石墨烯超聲分散在水中,獲得4mg/ml的氧化石墨烯水溶液;然后將0.16g泡沫鎳浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中,以在泡沫鎳上沉積氧化石墨烯,得到三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
2)將三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料浸漬于3mol/l的koh溶液中,靜置48小時后取出,得到活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
3)將活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料置于管式爐中,以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,恒溫反應(yīng)1小時,然后自然冷卻至室溫;所得產(chǎn)物用水洗滌至中性,再在鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干6小時,即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料。
圖3為本實施例所得產(chǎn)物的sem圖。
按實施例1相同的方法對本實施例的產(chǎn)物進行性能測試,結(jié)果表明,其首次放電比容量為195mah/g、充電比容量為158mah/g,循環(huán)20次后放電比容量為128mah/g,充電比容量為124mah/g。
實施例4
本實施例按如下步驟制備鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳:
1)將氧化石墨烯超聲分散在水中,獲得4mg/ml的氧化石墨烯水溶液;然后將0.16g泡沫鎳浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中,以在泡沫鎳上沉積氧化石墨烯,得到三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
2)將三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料浸漬于6mol/l的koh溶液中,靜置48小時后取出,得到活化三維石墨烯/泡沫鎳材料;
3)將活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料置于管式爐中,以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,恒溫反應(yīng)1小時,然后自然冷卻至室溫;所得產(chǎn)物用水洗滌至中性,再在鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干6小時,即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料。
圖4為本實施例所得產(chǎn)物的sem圖。
按實施例1相同的方法對本實施例的產(chǎn)物進行性能測試,結(jié)果表明,其首次放電比容量為76mah/g、充電比容量為152mah/g,循環(huán)20次后放電比容量為121mah/g、充電比容量為116mah/g。
實施例5
本實施例按如下步驟制備鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳:
1)將氧化石墨烯超聲分散在水中,獲得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液;然后將0.16g泡沫鎳浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中,以在泡沫鎳上沉積氧化石墨烯,得到三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
2)將三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料浸漬于3mol/l的koh溶液中,靜置48小時后取出,得到活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
3)將活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料置于管式爐中,以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,恒溫反應(yīng)1小時,然后自然冷卻至室溫;所得產(chǎn)物用水洗滌至中性,再在鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干6小時,即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料。
圖5為本實施例所得產(chǎn)物的sem圖。
按實施例1相同的方法對本實施例的產(chǎn)物進行性能測試,結(jié)果表明:其首次放電比容量為239mah/g、充電比容量為188mah/g,循環(huán)20次后放電比容量為150mah/g、充電比容量為146mah/g。
實施例6
本實施例按如下步驟制備鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳:
1)將氧化石墨烯超聲分散在水中,獲得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液;然后將0.16g泡沫鎳浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中,以在泡沫鎳上沉積氧化石墨烯,得到三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
2)將三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料浸漬于6mol/l的koh溶液中,靜置48小時后取出,得到活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
3)將活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料置于管式爐中,以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,恒溫反應(yīng)1小時,然后自然冷卻至室溫;所得產(chǎn)物用水洗滌至中性,再在鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干6小時,即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料。
圖6為本實施例所得產(chǎn)物的sem圖。
按實施例1相同的方法對本實施例的產(chǎn)物進行性能測試,結(jié)果表明:其首次放電比容量為126mah/g、充電比容量為145mah/g,循環(huán)20次后放電比容量為128mah/g、充電比容量為122mah/g。
實施例7
本實施例按如下步驟制備鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳:
1)將氧化石墨烯超聲分散在水中,獲得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液;然后將0.16g泡沫鎳浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中,以在泡沫鎳上沉積氧化石墨烯,得到三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
2)將三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料浸漬于3mol/l的koh溶液中,靜置48小時后取出,得到活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
3)將活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料置于管式爐中,以5℃/min的升溫速率升溫至400℃,恒溫反應(yīng)1小時,然后自然冷卻至室溫;所得產(chǎn)物用水洗滌至中性,再在鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干6小時,即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料。
按實施例1相同的方法對本實施例的產(chǎn)物進行性能測試,圖7為其充放電性能圖。結(jié)果表明,其首次放電比容量為592mah/g、充電比容量為146mah/g,循環(huán)20次后放電比容量為90mah/g、充電比容量為104mah/g。
實施例8
本實施例按如下步驟制備鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳:
1)將氧化石墨烯超聲分散在水中,獲得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液;然后將0.16g泡沫鎳浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中,以在泡沫鎳上沉積氧化石墨烯,得到三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
2)將三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料浸漬于3mol/l的koh溶液中,靜置48小時后取出,得到活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
3)將活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料置于管式爐中,以5℃/min的升溫速率升溫至600℃,恒溫反應(yīng)1小時,然后自然冷卻至室溫;所得產(chǎn)物用水洗滌至中性,再在鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干6小時,即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料。
按實施例1相同的方法對本實施例的產(chǎn)物進行性能測試,圖8為其充放電性能圖。結(jié)果表明:其首次放電比容量為520mah/g、充電比容量為230mah/g,循環(huán)20次后放電比容量為108mah/g、充電比容量為104mah/g。
實施例9
本實施例按如下步驟制備鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳:
1)將氧化石墨烯超聲分散在水中,獲得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液;然后將0.16g泡沫鎳浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中,以在泡沫鎳上沉積氧化石墨烯,得到三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
2)將三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料浸漬于3mol/l的koh溶液中,靜置48小時后取出,得到活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
3)將活化三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料置于管式爐中,以5℃/min的升溫速率升溫至800℃,恒溫反應(yīng)1小時,然后自然冷卻至室溫;所得產(chǎn)物用水洗滌至中性,再在鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干6小時,即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料。
按實施例1相同的方法對本實施例的產(chǎn)物進行性能測試,圖9為其充放電性能圖。結(jié)果表明:其首次放電比容量為955mah/g,充電比容量為660mah/g,循環(huán)20次后放電比容量為683mah/g,充電比容量為664mah/g。
對比例
本實施例按如下步驟制備鋰離子電池用三維石墨烯/泡沫鎳:
1)將氧化石墨烯超聲分散在水中,獲得6mg/ml的氧化石墨烯水溶液;然后將0.16g泡沫鎳浸泡在10ml氧化石墨烯水溶液中,以在泡沫鎳上沉積氧化石墨烯,得到三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料;
2)將三維氧化石墨烯/泡沫鎳材料置于管式爐中,以5℃/min的升溫速率升溫至300℃,恒溫反應(yīng)1小時,然后自然冷卻至室溫;所得產(chǎn)物用水洗滌至中性,再在鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘干6小時,即得到三維石墨烯/泡沫鎳負(fù)極材料。
按實施例1相同的方法對本實施例的產(chǎn)物進行性能測試,圖10為其充放電性能圖。結(jié)果表明:其首次放電比容量為153mah/g、充電比容量為87mah/g,循環(huán)20次后放電比容量為77mah/g、充電比容量為73mah/g。
以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。