[发明专利]Ni(OH)2‑碳纳米管还原氧化石墨烯复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，具体的说，是Ni(OH)₂-碳纳米管还原氧化石墨烯复合材料。

背景技术

Ni(OH)₂是一种P型半导体，改善Ni(OH)₂结构稳定性和导电性的有效方法之一是向其中添加碳材料。作为碳材料的碳纳米管(CNTs)和石墨烯自问世以来，由于其优异的化学和物理性能引起了研究者的极大关注。CNTs是一种具有特殊结构的一维材料，独特的结构赋予其优良的物理化学特性。

石墨烯是一种二维新型碳材料，是碳原子由sp2杂化连接而成的单原子层，其基本结构是一种稳定的苯六元环结构，稳定的正六边形结构保证了自身非常稳定的性质。因此将Ni(OH)2与CNTs、石墨烯复合，所得到的Ni(OH)₂-CNTs/石墨烯复合结构可以维持电极稳定性，从而提高其循环性能，与碳基材料复合还可以大幅度改善电极材料的导电性，提升其倍率性能。

采用化学沉淀法制备了石墨烯/SWCNTs/Ni(OH)₂复合材料，研究了石墨烯与CNTs的不同质量比对复合材料结构和性能的影响，其用于超级电容器显示了良好的循环性能。

通过乙醇溶剂热法合成了镍铝层状双氢氧化物/石墨烯/CNTs复合材料，其结构有利于提高电极材料的电化学性能，作为电极材料拥有高的比电容(5mA/cm²时1562F/g)、优良的倍率性能和循环稳定性。

通过水热法制备了碳纳米管-α-Ni(OH)₂/石墨烯复合材料，作为超级电容器的电极材料，在电流密度为15A/g下经过1000次循环后比容量仍能达到1008F/g。通过CVD法制备了含有Ni(OH)₂纳米片、CNTs、石墨烯的复合材料，电流密度为10A/g时，经过500次循环后其比电容仍能保持80％，表现了高的容量保持率。

发明内容

本发明的目的在于提供Ni(OH)₂-碳纳米管还原氧化石墨烯复合材料，本发明采用CNTs和RGO的协同的作用有效提高了电极材料的导电性，特别是CNTs阻止石墨烯片层的重叠，在充放电过程中稳定了电极材料的结构，表现出优秀的倍率性能和循环稳定性。

CNTs作为弹性支撑材料，抑制了电极材料在充放电过程中的体积膨胀，在快速充放电中有利于电解质离子的扩散，有利于增加电解液与活性物质的接触表面积，从而使电极材料具有较高的放电比容量及较好的稳定性。

本发明所制备的材料具有高比容量和良好循环稳定性的电极材料，为镍基电池高性能、低成本电极材料的优化制备提供便利。

Ni(OH)₂-碳纳米管还原氧化石墨烯复合材料，包括以下重量组分的原料：石墨粉50-100份、浓硫酸5-16份、KMnO₄3-5份、NaNO₃2-4份、H₂O₂70-90份、碳纳米管5-20份、硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)12-15份、NaOH 0.3-0.8份，水合联氨1-3份、无水乙醇2-6份，聚四氟乙烯乳液5-12份、乙炔黑3-8份、泡沫镍10-15份。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述石墨粉的粒径为30-40μm。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述浓硫酸的浓度大于98％。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述泡沫镍的厚度为1mm、面密度为320g/cm²、孔隙率为95％。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述碳纳米管的外径为30～50nm，长度为10～20μm的多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。

Ni(OH)₂-碳纳米管还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：制备GO/CNTs混合溶液；

步骤S2：具体是指：按照质量比GO:Ni(OH)₂＝1：8称取一定量的硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)溶于10mL去离子水中，将该溶液缓慢滴加到上述GO/CNTs混合溶液中，搅拌3-4h；

步骤S3：水热反应；

步骤S4：真空干燥，得到Ni(OH)₂-CNTs/RGO复合材料。