[发明专利]一种三维氢氧化镍‑石墨烯复合材料、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种镍基电池的正极材料，及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境保护意识的不断增强，目前新型高性能绿色二次动力电池的研究开发己经成为迫切需要解决的重大课题。锌镍电池由锌电极和镍电极组成,兼有锌银电池中锌负极高容量和镉镍电池中镍正极长寿命的优越性能,是一种高性能绿色二次动力电池。锌镍二次电池性能特点包括:工作电压高(高于镍氢电池和镍镉电池),能量密度高(一般为铅酸电池的2倍,镍镉电池的1,5倍),功率密度高(仅次于锂离子电池),工作温度宽(-20-50℃),无记忆效应,电池的生产和使用过程对环境不产生污染,被誉为真正的绿色电池,锌的贮藏量丰富,价格便宜。锌镍电池己成为继铅酸电池，镉镍电池，氢镍电池和锂离子电池以后,更为廉价和实用的新型高性能绿色动力电池。

迄今，相对于锌镍电池负极材料和电解液体系，锌镍电池用正极材料已经相对比较成熟，但仍存在着正极易被毒化，以及正极的比容量低利用率低(～200mAh/g)的显著缺点。因此，当今此领域的研究集中在无毒化、高利用率、低成本新型正极材料的研究、开发和制备技术上。

近年来，三维网络结构已被研究用于锌镍电池正极材料，且锌镍电池循环过程中产生的氧化锌容易毒化正极，造成在充放电过程中正极逐步失效，尤其高倍率充放电时毒化问题更加突出，最终导致正极利用率低。在三维网络结构中，导电三维网络结构具有有序多孔的结构，在充放电过程中非常的稳定而且会使电流分布均匀，防止毒化的产生。但目前锌镍电池的特点和有限的制备方法仍限制其实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的氢氧化镍正极易被毒化和利用率的不足等不足，提供一种耐毒化、利用率高、优异循环性能、可作为锌镍电池正极材料的三维氢氧化镍-石墨烯复合材料。

本发明的第二个目的是提出所述复合材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提出所述复合材料的应用。

实现本发明目的的技术方案为：

一种三维氢氧化镍-石墨烯复合材料，由具有三维结构的导电网络和负载其上面的氢氧化镍组成；复合材料的三维导电网络由氧化石墨烯纳米片构成，具有大孔，微孔和介孔的孔结构；负载在三维导电网络上的氢氧化镍的尺寸大小为50纳米～500微米，复合材料中氢氧化镍的质量占比为50～95％。

本发明所述三维氢氧化镍-石墨烯复合材料的制备方法，包括步骤：

(1)镍基化合物与氧化石墨烯均匀分散在水和/或有机溶剂中，然后水热釜内进行水热反应和/或溶剂热反应，温度为100℃～300℃，其中镍基化合物与氧化石墨烯的投料质量比为0.5～30:1；

(2)采用选自真空干燥、冷冻干燥(用冷冻干燥机，按常规方法干燥即可)以及超临界干燥法中的任一种干燥法对前步的产物进行干燥，得固体产物，即为所述三维氢氧化镍-石墨烯复合材料。

其中，所述镍基化合物为氢氧化镍、氯化镍、硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍中的一种或多种；所述的镍基化合物与氧化石墨烯的投料质量比为1～10:1。

本发明优选技术方案之一为，所述的有机溶剂为乙醇、丙醇、乙二醇、异丙醇、甲基吡咯烷酮中的一种或多种的组合。

本发明另一优选技术方案为，步骤(1)中镍基化合物与氧化石墨烯均匀分散在水中，镍基化合物与水的质量比为5：10～30。

更优选地，步骤(1)采用水热反应，反应温度为170～190℃，反应时间为10～15h。

根据本发明，步骤(2)优选采用冷冻干燥或超临界干燥法。冷冻干燥介质和超临界介质均可以是水、乙醇、丙醇、异丙醇等。

本发明所述的三维氢氧化镍-石墨烯复合材料，或所述的制备方法在镍基电池中的应用。

一种镍基电池，所述镍基电池的正极为以下方法制得：将权利要求1所述的三维氢氧化镍-石墨烯复合材料、黏合剂60％PTFE、乙炔黑，按80：10：10的质量比例混合均匀，用水调制成膏状物后均匀的涂抹在泡沫镍上；

在真空烘箱中80℃下干燥10～15小时。

本发明与现有技术相比具有如下优点：