[发明专利]一种镍氢电池负极用储氢合金/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

一种镍氢电池负极用储氢合金/石墨烯复合材料的制备方法，属于镍氢电池电极材料技术领域。其特征在于，制备步骤包括：使用环氧醚化肼作为还原剂将氧化石墨烯还原制得石墨烯，利用制得的石墨烯改性储氢合金，使其在表面形成一层石墨烯包覆膜即得；其中，所述将氧化石墨烯还原制得石墨烯的具体步骤为：氧化石墨烯加入到去离子水中得到氧化石墨烯的水分散液，然后环氧醚化肼，在94℃~97℃的温度下回流，回流时间9~11h，再用无水乙醇和去离子水洗涤至中性，冷冻干燥，制得石墨烯。提高了储氢合金负极材料的循环稳定性和动力学性能；改善了负极材料的储氢容量和高倍率放电性能。

技术领域

一种镍氢电池负极用储氢合金/石墨烯复合材料的制备方法，属于镍氢电池电极材料技术领域。

背景技术

近年来，随着经济的迅速发展，环境问题日益严峻，化石能源逐渐耗竭，发展清洁与可再生能源或成为解决这些能源环境问题的重要途径。镍氢二次电池具有能量高、环境友好、循环寿命长、无记忆效应等特点，广泛应用于便携式电气设备、混合动力电动车中。储氢合金作为镍氢电池的负极材料具有高放电容量的优势，但其循环稳定性和动力学性能却不容乐观，为了使镍氢电池更加具有市场竞争力，研究人员在改善储氢合金的循环稳定性和动力学性能方面进行了大量的研究，并取得了一定的进展。

目前改善储氢合金的循环稳定性和动力学性能的方法主要有：向储氢合金中加入少量的Co₃O₄对其进行改性，使得电极的最大放电容量提高，电极的电荷转移阻抗减小；将聚苯胺电镀到储氢合金上以提高电极的放电容量保持率。但是，上述方法对储氢合金的循环稳定性和动力学性能的提升有限，因此，开发一种新型负极材料成为了研究的重点。

石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，其具有优良的导电导热性能、良好的电子迁移率、比表面积大以及量子霍尔效应等特性。因此，近年来，储氢合金/石墨烯复合材料成为了一种新型负极材料，但是，由于所制备的石墨烯片层较厚且还原效果不理想，一定程度上影响了其电化学性能，使得储氢合金/石墨烯复合材料的循环稳定性和动力学性能还有较大的提升空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种循环稳定性和动力学性能高、储氢容量大和高倍率放电性能高的镍氢电池负极用储氢合金/石墨烯复合材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该镍氢电池负极用储氢合金/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，制备步骤包括：使用环氧醚化肼作为还原剂将氧化石墨烯还原制得石墨烯，利用制得的石墨烯改性储氢合金，使其在表面形成一层石墨烯包覆膜即得；

其中，所述将氧化石墨烯还原制得石墨烯的具体步骤为：将100 重量份的氧化石墨烯加入到去离子水中，超声波处理得到氧化石墨烯的水分散液，然后加入60~80 重量份的环氧醚化肼，在94℃~97℃的温度下回流，回流时间9~11h，再用无水乙醇和去离子水洗涤至中性，冷冻干燥，制得石墨烯。

本发明提供了一种储氢合金/石墨烯复合材料的制备方法，目的在于在镍氢电池负极材料的相结构不发生变化的情况下，有效改善其循环稳定性和动力学性能。使用环氧醚化肼作为还原剂制备石墨烯，并且利用制备得到的石墨烯改性储氢合金，使其在表面形成一层石墨烯包覆膜。通过使用储氢合金/石墨烯复合材料作为镍氢电池的负极，充分利用了石墨烯优异的电化学性能和大的比表面积，既提高了储氢合金负极材料的循环稳定性和动力学性能；又改善了负极材料的储氢容量和高倍率放电性能。

优选的，所述环氧醚化肼的制备步骤为：1）按环氧丙烷、水合肼和水的摩尔比1：2.6~3.4：7.5~8.5备料；2）将水合肼和水加入到反应釜中后，搅拌并滴加环氧丙烷，然后在68℃~73℃下回流2.5~3.5小时制得环氧醚化肼。本发明提供一种还原氧化石墨烯的环氧醚化肼的制备工艺，制备的环氧醚化肼纯度更好，对氧化石墨烯的还原效率得以提高。