[发明专利]一种石墨烯/钴‑镍双金属氢氧化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能复合功能材料制备领域，主要是涉及一种生产成本低、重量轻、储能效果好的复合纳米材料制备方法。

背景技术

超级电容器从储能机理上分的话，超级电容器分为双电层电容器和赝电容器。是一种新型储能装置，它具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。按其储能机理可以分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器，双电层型超级电容器主要是采用活性碳，碳纤维，碳气凝胶，碳纳米管或石墨烯作为电极材料的，通过电场吸附电荷储存能量的机制。赝电容型超级电容器包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料，金属氧化物包括NiOx、MnO₂、V₂O₅等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的超级电容器，导电聚合物材料包括PPY、PTH、PANi等掺杂制取电极。其中新近发现的具有高储能特性的水滑石类化合物，其主体一般由两种金属的氢氧化物构成，又称为层状双羟基复合金属氧化物或双金属氢氧化物，它们是一类具有高电化学储能特性的化合物。

然而双金属氢氧化物自身导电特性差，使得其循环稳定性和倍率性能会有所下降，一个有效的提高上述缺点的方法就是将其与具有高导电特性的物质复合，例如碳纳米管、石墨烯等，获得一类复合材料，不仅能发挥氢氧化物高储能的特性，也能通过碳材料提高其电导率，实现高的综合性能。

发明内容

针对超级电容器电极材料存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种具有高储能特性及电化学稳定性的复合电极材料的制备方法，选用具有水滑石结构的钴-镍双金属氢氧化物和石墨烯原位复合，通过化学一步法实现二者的组合，为高性能超级电容器提供优质电极材料。

一种石墨烯/钴-镍双金属氢氧化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)选取粒度为1～100微米的石墨粉末，依次对其进行浓硝酸和高锰酸钾氧化处理，过滤后用大量水清洗石墨粉末；

(2)然后将(1)中所得的石墨粉末放入微波炉微波膨化后，获得膨胀蠕虫石墨粉末；

(3)将(2)中的膨胀石墨粉末放入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，经2小时以上超声波震荡、并离心分离，取浓度为1～10mg/mL上层悬浮液，将其用作多层石墨烯；

(4)把1:9-9:1摩尔比的钴盐和镍盐加入到(3)中获得的多层石墨烯悬浮液中，钴盐和镍盐的总摩尔量为0.01～0.1mol，室温下搅拌均匀，即获得0.1～1mol/L前驱体；

(5)将(4)中的前驱体放入聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中，填充率为70％～85％，密封反应釜后，将其加热到180～200度反应1～2小时；

(6)将(5)中的反应釜自然冷却到室温后，取出反应产物经过过滤、洗涤、干燥后即获得石墨烯/钴-镍双金属氢氧化物。

进一步地，所述的钴盐为四水合醋酸钴和六水合硝酸钴中的一种或它们的混合物。

进一步地，所述的镍盐为四水合醋酸镍和六水合硝酸镍中的一种或它们的混合物。

本发明所制备的石墨烯/钴-镍双金属氢氧化物具有以下优点：

(1)原料来源广、价格便宜，产品比电容高，循环稳定性好；

(2)复合材料一次工艺获得，工艺简单，生产周期短；

(3)对制备设备要求低，便于批量化规模化制备。

具体实施方式

实施例1

选取平均粒径5微米的天然高纯石墨粉末，依次对其进行浓硝酸和高锰酸钾氧化处理，过滤后用大量水清洗石墨粉末；然后将石墨粉末放入微波炉微波膨化后，获得膨胀蠕虫石墨粉末；加入N-甲基吡咯烷酮中超声震荡超声波震荡、并离心分离后，取出5mg/mL上层悬浊液100mL，加入0.025mol四水合醋酸钴和0.075mol四水合醋酸镍，搅拌均匀后，装入总体积120mL的反应釜中，经过180度反应1小时后，冷却，过滤，洗涤，干燥后获得石墨烯/钴-镍双金属氢氧化物。在2mol/L KOH水溶液中，单电极测试其比电容为1185F/g，经过10000次充放电循环后，比电容保留率为92％。

实施例2