一種鋰離子電池用活化三維石墨烯/泡沫鎳的制備方法與流程

本發明屬于鋰離子電池技術領域，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：

石墨烯單層二維材料因具有大比表面積、高的電導率和熱導率以及出色的機械性能，引起了人們的廣泛關注。石墨烯被廣泛應用于鋰離子電池、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，導致石墨烯片層通常會發生團聚和堆疊，這樣就會極大的降低石墨烯的有效面積，從而使其應用潛能大打折扣。

技術實現要素：

本發明針對現有技術所存在的不足之處，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。

本發明的發明目的通過如下技術方案予以實現。

本發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1-3小時，然后自然冷卻至室溫；所得產物用水洗滌至中性，再在鼓風干燥箱中40-60℃烘干3-6小時，即得到用于作為鋰離子電池負極材料的活化三維石墨烯/泡沫鎳。

優選的，步驟1)中所述氧化石墨烯水溶液的濃度為0.5-6mg/ml。

優選的，步驟2)中所述koh溶液的濃度為2-6mol/l。

優選的，步驟3)中的升溫速率為5-10℃/min。

所述泡沫鎳在本發明的方法中作為模板沉積三維石墨烯。

與已有技術相比，本發明的有益效果體現在：

本發明活化三維石墨烯/泡沫鎳的制備方法，不僅保留了二維石墨烯片的固有性質，而且表面產生大量的納米級微孔結構，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；本發明的工藝簡單、反應時間短，適合工業化生產。

附圖說明

圖1為本發明實施例1所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料的sem圖；

圖2為本發明實施例2所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料的sem圖；

圖3為本發明實施例3所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料的sem圖；

圖4為本發明實施例4所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料的sem圖；

圖5為本發明實施例5所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料的sem圖；

圖6為本發明實施例6所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料的sem圖；

圖7為本發明實施例7所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料的充放電曲線圖；

圖8為本發明實施例8所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料的充放電曲線圖；

圖9為本發明實施例9所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料的充放電曲線圖；

圖10為本發明實施例10所得活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料的充放電曲線圖。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發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1小時，然后自然冷卻至室溫；所得產物用水洗滌至中性，再在鼓風干燥箱中60℃烘干6小時，即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料。

圖1為本實施例所得產物的sem圖。

對本實施例所得產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/泡沫鎳負極材料轉移到手套箱中，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次循環性能測試。

結果表明，本實施例所得產物的首次放電比容量為145mah/g、充電比容量為108mah/g，循環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1小時，然后自然冷卻至室溫；所得產物用水洗滌至中性，再在鼓風干燥箱中60℃烘干6小時，即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料。

圖2為本實施例所得產物的sem圖。

按實施例1相同的方法對本實施例的產物進行性能測試，結果表明，其首次放電比容量為125mah/g、充電比容量為92mah/g，循環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1小時，然后自然冷卻至室溫；所得產物用水洗滌至中性，再在鼓風干燥箱中60℃烘干6小時，即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料。

圖3為本實施例所得產物的sem圖。

按實施例1相同的方法對本實施例的產物進行性能測試，結果表明，其首次放電比容量為195mah/g、充電比容量為158mah/g，循環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1小時，然后自然冷卻至室溫；所得產物用水洗滌至中性，再在鼓風干燥箱中60℃烘干6小時，即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料。

圖4為本實施例所得產物的sem圖。

按實施例1相同的方法對本實施例的產物進行性能測試，結果表明，其首次放電比容量為76mah/g、充電比容量為152mah/g，循環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1小時，然后自然冷卻至室溫；所得產物用水洗滌至中性，再在鼓風干燥箱中60℃烘干6小時，即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料。

圖5為本實施例所得產物的sem圖。

按實施例1相同的方法對本實施例的產物進行性能測試，結果表明：其首次放電比容量為239mah/g、充電比容量為188mah/g，循環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1小時，然后自然冷卻至室溫；所得產物用水洗滌至中性，再在鼓風干燥箱中60℃烘干6小時，即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料。

圖6為本實施例所得產物的sem圖。

按實施例1相同的方法對本實施例的產物進行性能測試，結果表明：其首次放電比容量為126mah/g、充電比容量為145mah/g，循環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1小時，然后自然冷卻至室溫；所得產物用水洗滌至中性，再在鼓風干燥箱中60℃烘干6小時，即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料。

按實施例1相同的方法對本實施例的產物進行性能測試，圖7為其充放電性能圖。結果表明，其首次放電比容量為592mah/g、充電比容量為146mah/g，循環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1小時，然后自然冷卻至室溫；所得產物用水洗滌至中性，再在鼓風干燥箱中60℃烘干6小時，即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料。

按實施例1相同的方法對本實施例的產物進行性能測試，圖8為其充放電性能圖。結果表明：其首次放電比容量為520mah/g、充電比容量為230mah/g，循環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1小時，然后自然冷卻至室溫；所得產物用水洗滌至中性，再在鼓風干燥箱中60℃烘干6小時，即得到活化三維石墨烯/泡沫鎳負極材料。

按實施例1相同的方法對本實施例的產物進行性能測試，圖9為其充放電性能圖。結果表明：其首次放電比容量為955mah/g，充電比容量為660mah/g，循環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1小時，然后自然冷卻至室溫；所得產物用水洗滌至中性，再在鼓風干燥箱中60℃烘干6小時，即得到三維石墨烯/泡沫鎳負極材料。

按實施例1相同的方法對本實施例的產物進行性能測試，圖10為其充放電性能圖。結果表明：其首次放電比容量為153mah/g、充電比容量為87mah/g，循環20次后放電比容量為77mah/g、充電比容量為73mah/g。

以上僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。