Ni(OH)2/RGO及其掺杂CNTs复合材料的制备与电化学性能的研究

摘要

近年来由于环境的污染和能源的短缺问题使人们越来越关注电动汽车行业的发展，所以其供应链上游的动力电池在研发速度上也不断加快。镍氢（Ni/MH）电池是一种广泛使用的二次电池，具有绿色环保、安全性高、价格低廉、放电容量高等优良的特性被广泛应用于电动汽车领域。Ni/MH电池负极的容量远超过正极的容量，提高容量的一种有效方法是向正极材料氢氧化镍（Ni(OH)2）中加入导电剂或添加剂。
　　本论文在总结了相关研究的基础上，分别以石墨烯和石墨烯/碳纳米管（CNTs）作为导电剂，合成了Ni(OH)2/还原氧化石墨烯（RGO）二元复合材料和Ni(OH)2/RGO/CNTs三元复合材料，并分析了合成材料的微观结构、形貌及其电化学性能。
　　采用改进的Hummers法制备氧化石墨（GO）。采用化学沉淀-回流法制备Ni(OH)2/RGO复合材料，研究了不同NH3·H2O浓度和不同GO和Ni(OH)2的质量比对复合材料结构、形貌和电化学性能的影响。研究结果表明：所制备的复合材料为β-Ni(OH)2纳米片与RGO片相互插层的结构，片层薄并且分散均匀，有效抑制了RGO的团聚，当合成条件NH3·H2O浓度为3mol/L、GO:Ni(OH)2=1:8时，复合电极在充电倍率为0.2C时的放电比容量高达334.9mAh/g，在5C时的放电比容量为260.2mAh/g，仍能保持β-Ni(OH)2的理论放电比容量（289.0mAh/g）的90%，呈现出较好的倍率性能。
　　通过正交试验分析了反应物质的配比、反应时间以及反应温度三种因素对Ni(OH)2/RGO/CNTs复合材料的结构、形貌和电化学性能的影响。实验结果表明最佳工艺条件为：GO:CNTs=10:3（质量比）、反应时间24h、反应温度120℃，该条件所制备的三元复合材料具有大的比表面积和三维网状结构，在充电倍率为0.2C时的放电比容量为362.8mAh/g，5C时的放电比容量为286.2mAh/g，这表明RGO/CNTs协同的作用有效提高了电极材料的导电性和活性物质的利用率，最终提升了复合材料的电化学性能。

目录

声明

1绪论

1.1课题背景

1.2镍氢电池

1.3镍氢电池正极材料

1.4石墨烯

1.5碳纳米管

1.6本文的研究意义及主要内容

2实验部分

2.1 实验主要原料、试剂和仪器

2.2材料的表征方法

2.3电极材料的电化学性能测试

3 GO的制备及其表征

3.1前言

3.2 GO的制备过程

3.3 GO的表征

3.4 本章小结

4 Ni(OH)2/RGO复合材料的制备及电化学性能分析

4.1前言

4.2 Ni(OH)2/RGO复合材料的制备过程

4.3 Ni(OH)2/RGO复合材料的结构表征

4.4 Ni(OH)2/RGO复合材料的电化学性能测试

4.5 本章小结

5 Ni(OH)2/RGO/CNTs复合材料合成及电学性能分析

5.1前言

5.2正交试验

5.3 Ni(OH)2/RGO/CNTs复合材料的结构表征

5.4 Ni(OH)2/RGO/CNTs复合材料电化学性能的测试

5.5 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢