專利名稱：石墨烯負載多孔氧化鎳及制法及在鋰離子電池陽極材料的應用的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涵蓋功能化石墨烯(res)材料應用、納米結(jié)構(gòu)NiO材料原位生長及表征技術(shù)、鋰離子扣式電池組裝、電化學測量領域。
背景技術(shù)：
鋰離子充電電池作為消費電子重要的能源供給，是現(xiàn)代高性能電池的代表。目前商用的鋰離子充電電池陽極材料為石墨。此材料理論容量較低，僅為372mAh/g。極大的制約了鋰離子電池的性能。近年來，NiO材料由于具有高的理論容量(718mAh/g)，低溫制備， 成本低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)等特點，廣受研究人員的關注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種石墨烯負載多孔氧化鎳及制法和在鋰離子電池陽極材料的應用，用于鋰離子電池陽極材料可增加鋰離子電池容量，提高鋰離子電池的性能，且可低溫制備，成本較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是石墨烯負載多孔氧化鎳，將納米結(jié)構(gòu)介孔MO原位生長于功能化石墨烯(res)上，此復合結(jié)構(gòu)中，利用功能化石墨烯(res)納米尺度框架裝載納米結(jié)構(gòu)多孔NiO。介孔氧化鎳納米顆粒尺寸范圍為50nm 200nm，內(nèi)部孔道大小約為2 10nm， 由介孔氧化鎳原位生長上石墨烯上。納米介孔結(jié)構(gòu)的NiO有利于電解液與活性材料完全接觸，提供鋰離子傳輸通道以及充放電過程中體積膨脹空間。通過負載次數(shù)及所加res質(zhì)量的不同控制NiO與res質(zhì)量比(Nio/res質(zhì)量比 1-5 1)，有效控制石墨烯F GS表面多孔NiO顆粒負載量。石墨烯負載多孔氧化鎳制法將Ni (NO) 2 ·6Η20溶于去離子水中，加入功能化石墨 (FGS) (NiO FGS質(zhì)量比1-5 1)，超聲5分鐘分散均勻。將NaOH溶于去離子水中(濃度為1-5 1、單位是mg ml)，使NaOH與石墨烯的質(zhì)量比1-2 1，加入至上述溶液，混合攪拌1-20分鐘，所得混合物離心后提取產(chǎn)物，并用去離子水及酒精分別清洗并離心提取。所得產(chǎn)物于氬氣或其它惰性氣體氛圍下于250士20?！鉉 退火4士2小時。石墨烯負載多孔氧化鎳及制法和在鋰離子電池陽極材料的應用。 本發(fā)明的有益效果是mo/res復合結(jié)構(gòu)有效的提升電子及離子的傳輸性能，以 Ni0/res質(zhì)量比1 1為例，50次循環(huán)后，電池容量仍能保持700mAh/g(充、放電速率為 100mh/g)，較純介孔NiO材料組裝的鋰離子電池而言。極大改善了電池的循環(huán)性能及容量保持特性。此復合材料，結(jié)構(gòu)簡單，制備方法簡易，成本低廉，電池性能優(yōu)良，容量約為商用鋰離子電池的兩倍。


圖1功能化石墨烯(reS)SEM形貌圖即功能石墨烯(reS)SEM表征圖。圖2納米結(jié)構(gòu)NiO原位生長于功能化石墨烯(res)上的結(jié)構(gòu)圖及SEM形貌圖，即功能石墨烯(res)負載介孔NiO復合結(jié)構(gòu)圖。圖3多孔NiO TEM形貌圖，即多孔結(jié)構(gòu)NiO TEM表征。圖4Ni0/res復合結(jié)構(gòu)作為鋰離子電池陽極材料的循環(huán)性能圖，即res/Nio鋰離子電池電化學測試結(jié)果。圖5純NiO納米顆粒作為鋰離子電池陽極材料的循環(huán)性能圖，即純多孔NiO鋰離子電池電化學測試結(jié)果。
具體實施例方式此復合結(jié)構(gòu)中，利用功能化石墨烯(FGS)圖1給出了納米尺度框架裝載納米結(jié)構(gòu)多孔NiO并為之提供良好的電子傳輸路徑(如圖2所示)。介孔結(jié)構(gòu)NiO(圖3)有利于電解液與活性材料完全接觸，提供鋰離子傳輸通道以及充放電過程中體積膨脹空間。此外， 亦可通過負載次數(shù)及所加res質(zhì)量的不同控制NiO與res質(zhì)量比，有效控制res表面多孔 NiO顆粒負載量。Nio/res復合結(jié)構(gòu)有效的提升電子及離子的傳輸性能，以Nio/res質(zhì)量比 1 1為例，50次循環(huán)后，電池容量仍能保持700mAh/g(充、放電速率為100mh/g)、見圖4， 較純介孔NiO材料組裝的鋰離子電池而言、見圖5，極大改善了電池的循環(huán)性能及容量保持特性。此復合材料，結(jié)構(gòu)簡單，制備方法簡易，成本低廉，電池性能優(yōu)良，容量約為商用鋰離子電池的兩倍。以兩次負載法制備Nio/res質(zhì)量比2 1材料為例1) 一次負載a)將Ni (NO) 2 · 6H20 (388mg)溶于37. 5ml去離子水中，加入功能化石墨烯 (FGS) IOOmg，超聲5分鐘，分散均勻；b)將NaOH(106. 5mg)溶于37. 5ml去離子水中，加入至上述溶液，混合攪拌10分鐘；2) 二次負載a)將Ni (NO)2 · 6H20(388mg)溶于37. 5ml去離子水中，加入至步驟l_b所得混合溶液，超聲5分鐘，分散均勻；b)將NaOH(106. 5mg)溶于37. 5ml去離子水中，加入至步驟2_a所得溶液，混合攪拌10分鐘；3)步驟2_b所得混合物離心后提取產(chǎn)物，并用去離子水及酒精分別清洗并離心提??；4)步驟3所得產(chǎn)物于氬氣氛圍下于250°C退火3小時，升溫速率為2°C /min。該反應方程式為=Ni(OH)2——Ni0+H20。獲得reS/NiO質(zhì)量比1 2的復合結(jié)構(gòu)材料；如果三次負載和四次負載相同量的Ni (NO)2 ·6Η20則獲得reS/NiO質(zhì)量比1 4的復合結(jié)構(gòu)材料；5)步驟4所得材料組裝CR2032型鋰離子紐扣式半電池(對電極為金屬鋰)，進行電化學測試。本發(fā)明還可進行簡單的碳包覆有更加的力學穩(wěn)定性及電子傳輸性能。
權(quán)利要求
1.石墨烯負載多孔氧化鎳，其特征是納米結(jié)構(gòu)介孔NiO原位生長于功能化石墨烯 (FGS)上，此復合結(jié)構(gòu)中，利用功能化石墨烯(res)納米尺度框架裝載納米結(jié)構(gòu)多孔NiO。介孔氧化鎳納米顆粒尺寸范圍為50nm 200nm，內(nèi)部孔道大小約為2 lOnm，由介孔氧化鎳原位生長上石墨烯上。
2.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的石墨烯負載多孔氧化鎳，其特征是通過負載次數(shù)及所加res 質(zhì)量的不同控制NiO與res質(zhì)量比，Nio/res質(zhì)量比1-5 1，控制石墨烯表面多孔Nio顆粒負載量。
3.石墨烯負載多孔氧化鎳制法，其特征是將Ni(NO)2 ·6Η20溶于去離子水中，加入功能化石墨烯(reS)，NiO res質(zhì)量比1-5 1，超聲分散均勻；將NaOH溶于去離子水，NaOH溶液的濃度為1-5 1、單位是mg ml，并使NaOH與石墨烯的質(zhì)量比1-2 1，加入至上述超聲分散后溶液，混合攪拌，所得混合物離心后提取產(chǎn)物，并用去離子水及酒精分別清洗并離心提??；所得產(chǎn)物于氬氣或其它惰性氣體氛圍下于250士20°C退火4士2小時。
4.石墨烯負載多孔氧化鎳及制法和在鋰離子電池陽極材料的應用。
全文摘要
石墨烯負載多孔氧化鎳，NiO原位生長于功能化石墨烯(FGS)上，成納米結(jié)構(gòu)介孔。介孔氧化鎳納米顆粒尺寸范圍為50nm～200nm，內(nèi)部孔道大小約為2～10nm，NiO/FGS質(zhì)量比1-5∶1，控制石墨烯表面多孔NiO顆粒負載量。其制備方法是，將Ni(NO)2·6H2O溶于去離子水中，加入功能化石墨烯(FGS)，NiO∶FGS質(zhì)量比1-5∶1，超聲分散均勻；將NaOH溶于去離子水，NaOH溶液的濃度為1-5∶1、單位是mg∶ml，并使NaOH與石墨烯的質(zhì)量比1-2∶1，加入至上述超聲分散后溶液，混合攪拌，所得混合物離心后提取產(chǎn)物，并用去離子水及酒精分別清洗并離心提取。
文檔編號H01M4/36GK102169987SQ20111000825
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者徐子敬, 施毅, 趙斌, 邱旦峰, 鄭明波 申請人:南京大學