Ni(OH)2-RGO復合材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、鎳氫電池作為一種高能量電池，具有容量高、壽命長、功率大、可快速充放電、無污染等特點，已經(jīng)成為競爭研究的對象，并且是二次電池的發(fā)展的重要方向之一。Ni-MH電池的正極是以Ni(OH)2作為電極活性材料，以各種稀土儲氫合金作為負極電極活性材料，近幾年，由于Ni-MH電池的負極活性材料稀土儲氫合金的發(fā)展越來越迅速，負極的容量在很大程度上被提高，如今已經(jīng)達到了1600mAh·g-1，然而作為正極材料的β-Ni(OH)2理論容量只有289.4mA

2、h·g-1，因此正極材料嚴重制約了鎳氫電池容量的提高。
　　本論文針對鎳氫電池正極材料的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題，以及還原石墨烯在電極材料中的應用，對鎳氫電池正極材料的合成方法進行了改進，著重研究了以碳材料還原石墨烯為基體復合氫氧化鎳電極材料的制備方法，并通過改變氧化石墨與氫氧化鎳質(zhì)量比、水熱反應溫度、沉淀劑和還原劑一系列因素，探究其對 Ni(OH)2/RGO復合材料電化學性能的影響。
　　首先采用Hummers方法，以石墨粉為

3、原料制備出了氧化程度較高、結(jié)構(gòu)較規(guī)整且易于在水中發(fā)生溶脹而層離的氧化石墨(GO)，然后將GO超生分離于去離子水中，能夠得到分散比較均勻的褐色氧化石墨烯的懸濁液。
　　以氧化石墨和六水合硝酸鎳為原料，用化學沉淀法使氫氧化鎳與氧化石墨烯進行復合，再以水合肼為還原劑水熱還原氧化石墨，成功制備了Ni(OH)2/RGO復合材料。并研究了GO與Ni(OH)2不同比例時，Ni(OH)2/RGO復合材料的結(jié)構(gòu)和性能受到怎樣的影響。然后測試復合材料

4、的電化學性能，得到當GO與Ni(OH)2質(zhì)量比為1:8時所得的放電比容量最大，在0.2C倍率下高達348.5mAh·g-1，在10C的大倍率充放電下也能夠達到257.7mAh·g-1，并且循環(huán)性能優(yōu)異。
　　最后探究性的設(shè)計了三水平四因子正交試驗，對不同反應溫度、氧化石墨與氫氧化鎳不同質(zhì)量比、不同沉淀劑、氧化石墨不同還原劑四個影響因素進行了詳細的分析。試驗結(jié)果表明，四因子按著還原劑、沉淀劑、質(zhì)量比、溫度的順序影響復合材料的放電比容

5、量。當水熱反應溫度為100℃、質(zhì)量比選擇1:12、沉淀劑為尿素、還原劑為硼氫化鈉時，得到α/β-Ni(OH)2/RGO復合材料，其在0.2C倍率下放電比容量為388.9mAh·g-1；當水熱反應溫度為100℃、質(zhì)量比為1:8、沉淀劑為氨水、還原劑為二氧化硫脲時，得到β-Ni(OH)2/RGO復合材料在0.2C倍率下放電比容量高達341mAh·g-1，而且10C放電倍率下仍能達到242.2mAh·g-1。循環(huán)伏安測試表明， Ni(OH)2