Ni(OH)2/RGO复合材料的制备及其电化学性能研究

摘要

镍氢电池作为一种高能量电池，具有容量高、寿命长、功率大、可快速充放电、无污染等特点，已经成为竞争研究的对象，并且是二次电池的发展的重要方向之一。Ni-MH电池的正极是以Ni(OH)2作为电极活性材料，以各种稀土储氢合金作为负极电极活性材料，近几年，由于Ni-MH电池的负极活性材料稀土储氢合金的发展越来越迅速，负极的容量在很大程度上被提高，如今已经达到了1600mAh·g-1，然而作为正极材料的β-Ni(OH)2理论容量只有289.4mAh·g-1，因此正极材料严重制约了镍氢电池容量的提高。
　　本论文针对镍氢电池正极材料的发展现状和存在的问题，以及还原石墨烯在电极材料中的应用，对镍氢电池正极材料的合成方法进行了改进，着重研究了以碳材料还原石墨烯为基体复合氢氧化镍电极材料的制备方法，并通过改变氧化石墨与氢氧化镍质量比、水热反应温度、沉淀剂和还原剂一系列因素，探究其对 Ni(OH)2/RGO复合材料电化学性能的影响。
　　首先采用Hummers方法，以石墨粉为原料制备出了氧化程度较高、结构较规整且易于在水中发生溶胀而层离的氧化石墨(GO)，然后将GO超生分离于去离子水中，能够得到分散比较均匀的褐色氧化石墨烯的悬浊液。
　　以氧化石墨和六水合硝酸镍为原料，用化学沉淀法使氢氧化镍与氧化石墨烯进行复合，再以水合肼为还原剂水热还原氧化石墨，成功制备了Ni(OH)2/RGO复合材料。并研究了GO与Ni(OH)2不同比例时，Ni(OH)2/RGO复合材料的结构和性能受到怎样的影响。然后测试复合材料的电化学性能，得到当GO与Ni(OH)2质量比为1:8时所得的放电比容量最大，在0.2C倍率下高达348.5mAh·g-1，在10C的大倍率充放电下也能够达到257.7mAh·g-1，并且循环性能优异。
　　最后探究性的设计了三水平四因子正交试验，对不同反应温度、氧化石墨与氢氧化镍不同质量比、不同沉淀剂、氧化石墨不同还原剂四个影响因素进行了详细的分析。试验结果表明，四因子按着还原剂、沉淀剂、质量比、温度的顺序影响复合材料的放电比容量。当水热反应温度为100℃、质量比选择1:12、沉淀剂为尿素、还原剂为硼氢化钠时，得到α/β-Ni(OH)2/RGO复合材料，其在0.2C倍率下放电比容量为388.9mAh·g-1；当水热反应温度为100℃、质量比为1:8、沉淀剂为氨水、还原剂为二氧化硫脲时，得到β-Ni(OH)2/RGO复合材料在0.2C倍率下放电比容量高达341mAh·g-1，而且10C放电倍率下仍能达到242.2mAh·g-1。循环伏安测试表明， Ni(OH)2/RGO复合材料提高了Ni(OH)2正极反应析氧副反应的电位，从而抑制了因为析氧副反应发生而对充电过程产生的影响，从而提高了 Ni(OH)2正极材料的充电效率，使Ni(OH)2的大电流充放电性能也得到了提高。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪 论

1.1镍氢电池的简介

1.2石墨烯作为电极材料的载体

1.3课题的研究内容及意义

2实验方法及测试手段

2.1实验材料及制备过程

2.2样品物理性能表征

2.3材料的电化学性能测试

3质量比对Ni(OH)2/RGO复合材料性能的影响

3.1实验部分

3.2材料的物理性能表征

3.3 Ni(OH)2/RGO的电化学性能分析

3.4本章小结

4复合材料合成其他影响因素的探究试验

4.1探究试验的合成因素

4.2 Ni(OH)2/RGO复合材料合成的探究试验

4.3 Ni(OH)2/RGO复合材料的XRD与SEM分析

4.4 Ni(OH)2/RGO的电化学性能分析

4.5正交试验结果分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

致谢