[发明专利]一种氮掺杂石墨烯包覆硫化镍复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合锂离子电极材料的制备方法，特别涉及一种氮掺杂石墨烯包覆硫化镍复合电极材料的制备方法。

背景技术

随着日益严重的环境污染和全球变暖等问题，作为电动装置和电动汽车的重要电源，锂离子电池一直是学术界和工业界研究的热点[Chem.Rev.2004,104,4271]。由于硫化镍电化学性能优异和成本低，硫化镍被认为是潜在可行的锂离子电池负极材料[J.Mater.Chem.2009,19,7277]。二硫化三镍(Ni₃S₂)是硫化镍中最重要的物相之一，具有存量丰富、价格低廉、理论容量高，在锂离子电池和超级电容器领域有着巨大的应用前景。然而，硫化镍用作电极材料时还存在导电能力不足，且在循环过程中易极化，体积膨胀，从而使其在作为锂离子电池电极材料时循环稳定性和速率性能不尽人意。石墨烯具有良好的导电性、高比表面积、良好的化学稳定性、强的机械强度和柔韧性，是硫化镍理想的复合材料[Chem.Soc.Rev.,2012,41,666；Electrochim.Acta,2014,146,525]。但是通常的硫化镍/石墨烯复合材料是通过还原硫化镍/氧化石墨烯材料或由硫化镍与石墨烯复合得到的，反应复杂步骤多、反应条件苛刻，不易控制和批量制备，而且由于石墨烯的表面惰性，得到的硫化镍/石墨烯复合材料存在相互间结合作用弱，分布不均一等问题，如Electrochim.Acta,2014,146,525；Electrochim.Acta,2016,191,705；RSC Advances,2016,6,21246；纳米硫化镍/石墨烯复合正极材料及其制备方法，CN104134783A；三维褶皱石墨烯自修复包覆硫化镍结构电极的制备方法，CN104037416A；一种碳包覆Ni₃S₂/石墨烯复合超级电容器电极材料的制备方法，CN104240971A等。因此，发明一种简易制备石墨烯均匀、强力复合硫化镍纳米材料的方法十分必要。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明旨在克服现有硫化镍(Ni₃S₂)/石墨烯(特别纳米硫化镍/石墨烯)复合锂离子电极材料制备方法的不足：存在硫化镍/石墨烯复合材料存在相互间结合作用弱、分布不均一、反应复杂、步骤多、反应条件苛刻、不易控制和批量制备等问题，提供一种利用树脂的气态分解物为硫源、氮源及碳源，制备原位生长氮掺杂石墨烯包覆硫化镍纳米复合材料。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种氮掺杂石墨烯包覆硫化镍复合电极材料的制备方法，包含以下操作步骤：

(1)将同时含氮和硫的树脂浸泡到酸溶液中搅拌，然后用水清洗，干燥后粉碎；

(2)取步骤(1)中粉碎后所得树脂平铺于物料舟皿，然后盖上镍基材料；

(3)将步骤(2)所得物料舟皿转入高温炉中，惰性气体保护条件下加热处理，同时含氮和硫的树脂热分解提供气态的碳源、氮源和硫源在镍基材料表面反应，反应所产生物质在镍基材料表面附着，待反应完成后冷却，收集表面样品，即得产品。

优选的是，步骤(1)中所述的同时含氮和硫的树脂为硫脲树脂、巯基胺型螯合树脂、异硫脲螯合树脂中的一种或两种以上的混合物。

优选的是，步骤(1)中所述的酸溶液浓度为0.5～2mol/L。

优选的是，步骤(1)中按照200g同时含氮和硫的树脂加入0.2～2.0L的酸溶液中浸泡。

优选的是，步骤(1)中所述的酸溶液为硫酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液中的一种或两中以上的混合酸。

优选的是，步骤(1)中浸泡6～8h，然后清洗，80℃下干燥24h后粉碎。

优选的是，取步骤(2)中粉碎后取所得树脂1.5～4.5g平铺于物料舟皿，然后盖上镍基材料。

优选的是，步骤(2)中所述的物料舟皿为石英舟、瓷舟、刚玉舟、高铝舟、氧化铝舟中的一种。

优选的是，步骤(2)中所述的镍基材料为泡沫镍、镍片、镍箔中的一种。

优选的是，步骤(3)中所述的加热处理温度为800～1000℃；到达指定温度后保温0.5～1.5小时。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：