一種納米氫氧化鎳石墨基電容材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種納米氫氧化鎳石墨基電容電極材料的制備方法，屬于電容材料的制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、化石燃料的日益枯竭以及愈加惡劣的環(huán)境問題，人類迫切需要高效、清潔并且可以循環(huán)使用的新型能源，同時也需要新型高效的能量存儲裝置。電池、燃料電池以及電化學(xué)電容器是人們認(rèn)為最具實(shí)用化和高效的電化學(xué)能源存儲裝備。近些年來，電化學(xué)電容器(也稱超級電容器)由于具有較高的功率密度和優(yōu)異的循環(huán)使用穩(wěn)定性，已經(jīng)日益引起研究者的高度重視。研宄者希望電化學(xué)電容器可以架起傳統(tǒng)雙電層電容器和電池之間的橋梁，能夠兼具傳統(tǒng)電容器功率密度高和電池能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]碳材料人們認(rèn)為最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的電極材料。碳材料的優(yōu)點(diǎn)是:來源廣泛、成本低廉、制備方法簡單、無毒性、比表面積高、導(dǎo)電率高、化學(xué)穩(wěn)定性好和具有較寬的溫度使用范圍等，比表面積較高的碳材料包括活性炭、碳?xì)饽z、碳納米管、多孔碳材料碳薄膜和石墨烯等，而氧化石墨基復(fù)合材料顯示了優(yōu)異的電化學(xué)活性，但是普通方法制備的氧化石墨材料中仍然存在著大量的含氧基團(tuán)，導(dǎo)致氧化石墨材料的結(jié)構(gòu)存在缺陷，降低氧化石墨基復(fù)合物的導(dǎo)電性。所以需要一種有效控制氧化程度，控制含氧基團(tuán)數(shù)量的方法很有必要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:針對目前在制備氧化石墨基復(fù)合材料過程中，無法控制氧化反應(yīng)程度，使氧化石墨材料中仍然存在著大量的含氧基團(tuán)，導(dǎo)致氧化石墨材料的結(jié)構(gòu)存在缺陷，降低氧化石墨基復(fù)合物的導(dǎo)電性的問題，提供了一種通過硫酸與雙氧水混合氧化，制備納米氧化石墨，通過通過超聲分散和對溴苯酚作用下，使其還原部分氧化石墨結(jié)構(gòu)，有效控制氧化石墨結(jié)構(gòu)中含氧基團(tuán)的數(shù)量，使氧化石墨基復(fù)合物的導(dǎo)電性增強(qiáng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是:
(1)按重量份數(shù)計，選取30?55份的天然石墨、25?35份的K2S208和20?35的五氧化二磷，攪拌混合并置于圓底燒瓶中制備得混合粉末，隨后按固液質(zhì)量比1:1，將混合粉末添加至質(zhì)量濃度為30%的硫酸溶液，攪拌混合并置于75?80°C油浴加熱反應(yīng)4?5h，制備得氧化混合液；
(2)按質(zhì)量比1:5，將氧化混合液與去離子水?dāng)嚢杌旌喜㈧o置20?24h，待靜置完成后，再對圓底燒瓶中添加同步驟(1)天然石墨相同質(zhì)量的高錳酸鉀，攪拌混合2?3h，控制溫度為 30 ?35°C;
(3)待攪拌10?15min后，對其加熱升溫至90?95°C，隨后繼續(xù)添加與步驟(1)硫酸溶液等體積的質(zhì)量濃度為30%雙氧水溶液，隨后攪拌10?15min，趁熱過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至pH至7.0后，將其在30?40°C下真空干燥20?24h，制備得氧化石墨； (4)選取上述制備的50?60mg的氧化石墨，將其置于圓底燒瓶中，隨后繼續(xù)添加200?250mL的蒸饋水，通過200?300W超聲振蕩處理使石墨分散至蒸饋水中，超聲分散45?60min；
(5)待超聲分散完成后，將其置于90?94°C油浴加熱，邊攪拌邊依次滴加70?80yL的對溴苯酚和0.8?1.2mL的質(zhì)量濃度為12%的氨水溶液，控制滴加時間為10?15min，待滴加完成后，繼續(xù)保溫加熱1?2h，隨后停止加熱，靜置冷卻至室溫，制備得氧化石墨分散液；
(6)按重量份數(shù)計，選取15?35份的六水合硫酸鎳、3?5份的尿素、20?30份的N-二甲基吡咯烷酮和42?50份上述制備的氧化石墨分散液，攪拌混合并置于68?70°C下保溫加熱2?3h，控制攪拌速度為200?300r/min ；
(7)待攪拌完成后，停止加熱，對其過濾并用去離子洗滌pH至7.0，將其置于68?80°C下干燥6?8h后，將其置于馬弗爐中，在350?450°C下加熱煅燒2?3h，隨后靜置冷卻至室溫，在10?15MPa下碾磨并過篩，即可制備得150?180目的納米氫氧化鎳石墨基電容材料。
[0006]本發(fā)明的應(yīng)用方法是:將制備的納米氫氧化鎳石墨基電容材料、導(dǎo)電劑乙炔黑和濃度為0.(^gmL—1的粘結(jié)劑聚偏氟乙烯，按照質(zhì)量比為75: 20: 5的比例混合，制備得混合粉末，隨后再加入與粉末同質(zhì)量的無水乙醇研磨均勾，得到粘稠混合物。將得到的粘調(diào)混合物均勾涂在直徑約為500目的圓形不銹鋼網(wǎng)上，于110°C下干燥8h后，再在電極片上覆蓋一層同尺寸的不銹鋼網(wǎng)，制成三明治夾心型電極片，用油壓機(jī)在壓力為12MPa時壓片，制備得電容電極。
[0007]本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是:
(1)本發(fā)明制備的納米氫氧化鎳石墨基電容材料功率密度為WKWkg—1時，能量密度可達(dá)20Whkg—1以上；
(2)本方法制備的納米氫氧化鎳石墨基電容材料操作簡單，所需原材料成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0008]首先按重量份數(shù)計，選取30?55份的天然石墨、25?35份的K2S208和20?35的五氧化二磷，攪拌混合并置于圓底燒瓶中制備得混合粉末，隨后按固液質(zhì)量比1:1，將混合粉末添加至質(zhì)量濃度為30%的硫酸溶液，攪拌混合并置于75?80°C油浴加熱反應(yīng)4?5h，制備得氧化混合液;按質(zhì)量比1:5，將氧化混合液與去離子水?dāng)嚢杌旌喜㈧o置20?24h，待靜置完成后，再對圓底燒瓶中添加同步驟(1)天然石墨相同質(zhì)量的高錳酸鉀，攪拌混合2?3h，控制溫度為30?35°C;待攪拌10?15min后，對其加熱升溫至90?95°C，隨后繼續(xù)添加與步驟(1)硫酸溶液等體積的質(zhì)量濃度為30%雙氧水溶液，隨后攪拌10?15min，趁熱過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至pH至7.0后，將其在30?40°C下真空干燥20?24h，制備得氧化石墨;選取上述制備的50?60mg的氧化石墨，將其置于圓底燒瓶中，隨后繼續(xù)添加200?250mL的蒸饋水，通過200?300W超聲振蕩處理使石墨分散至蒸饋水中，超聲分散45?60min;待超聲分散完成后，將其置于90?94°C油浴加熱，邊攪拌邊依次滴加70?80yL的對溴苯酚和0.8?1.2mL的質(zhì)量濃度為12%的氨水溶液，控制滴加時間為10?15min，待滴加完成后，繼續(xù)保溫加熱1?2h，隨后停止加熱，靜置冷卻至室溫，制備得氧化石墨分散液;按重量份數(shù)計，選取15?35份的六水合硫酸鎳、3?5份的尿素、20?30份的N-二甲基吡咯烷酮和42?50份上述制備的氧化石墨分散液，攪拌混合并置于68?70°C下保溫加熱2?3h，控制攪拌速度為200?300r/min;待攪拌完成后，停止加熱，對其過濾并用去離子洗滌pH至7.0，將其置于68?80°C下干燥6?8h后，將其置于馬弗爐中，在350?450°C下加熱煅燒2?3h，隨后靜置冷卻至室溫，在10?15MPa下碾磨并過篩，即可制備得150?180目的納米氫氧化鎳石墨基電容材料。
[0009]實(shí)例1
首先按重量份數(shù)計，選取30份的天然石墨、35份的Κ2&08和35的五氧化二磷，攪拌混合并置于圓底燒瓶中制備得混合粉末，隨后按固液質(zhì)量比1:1，將混合粉末添加至質(zhì)量濃度為30%的硫酸溶液，攪拌混合并置于75°C油浴加熱反應(yīng)4h，制備得氧化混合液;按質(zhì)量比1: 5，將氧化混合液與去離子水?dāng)嚢杌旌喜㈧o置20h，待靜置完成后，再對圓底燒瓶中添加與天然石墨相同質(zhì)量的高錳酸鉀，攪拌混合2h，控制溫度為30°C;待攪拌lOmin后，對其加熱升溫至90°C，隨后繼續(xù)添加與硫酸溶液等體積的質(zhì)量濃度為30%雙氧水溶液，隨后攪拌lOmin，趁熱過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至pH至7.0后，將其在30°C下真空干燥20h，制備得氧化石墨;選取上述制備的50mg的氧化石墨，將其置于圓底燒瓶中，隨后繼續(xù)添加200mL的蒸饋水，通過200W超聲振蕩處理使石墨分散至蒸餾水中，超聲分散45min;待超聲分散完成后，將其置于90°C油浴加熱，邊攪拌邊依次滴加70yL的對溴苯酚和0.8mL的質(zhì)量濃度為12%的氨水溶液，控制滴加時間為lOmin，待滴加完成后，繼續(xù)保溫加熱lh，隨后停止加熱，靜置冷卻至室溫，制備得氧化石墨分散液;按重量份數(shù)計，選取15份的六水合硫酸鎳、5份的尿素、30份的N-二甲基吡咯烷酮和50份上述制備的氧化石墨分散液，攪拌混合并置于68°C下保溫加熱2h，控制攪拌速度為200r/min;待攪拌完成后，停止加熱，對其過濾并用去離