一种海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯的制备方法及应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115893389A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211089650.9C23C16/50(2006.01)(22)申请日2022.09.07C23C16/56(2006.01)B22F9/24(2006.01)(71)申请人浙江大学地址310058浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号(72)发明人夏新辉仇钟王秀丽涂江平(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200专利代理师陈升华(51)Int.Cl.C01B32/186(2017.01)C01B32/194(2017.01)H01M4/66(2006.01)H01M10/052(2010.01)C23C16/26(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯的制备方法及应用(57)摘要本发明公开了一种海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯的制备方法及其在锂硫电池体系中的应用。利用等离子体技术构筑海绵镍负载氮、氟掺杂的石墨烯三维网络骨架。本发明复合材料有着好的亲锂性，且能够有效缓释金属锂沉积过程中的体积膨胀，均匀金属锂沉积过程中的电场分布并抑制枝晶生长。同时，异质元素掺杂不仅促进多硫化物的转换过程，而且也增强了碳对多硫化物的吸附作用，有效缓解多硫化物的“穿梭效应”，使电极材料具有优异的循环稳定性、倍率性能和高的库伦效率，显著提高锂硫电池的电化学性能，在移动通讯、电动汽车、太阳能发电和航空航天等领域具有广阔的应用前景。CN115893389ACN115893389A权利要求书1/1页1.一种海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将Ni(AC)2·4H2O溶于去离子水中，磁力搅拌至Ni(AC)2·4H2O充分溶解，得到Ni(AC)2水溶液；(2)向Ni(AC)2水溶液中加入N2H4·H2O后，混合均匀，得到反应溶液；(3)将反应溶液倒入内胆中，随后将内胆放入反应釜内，进行水热反应；(4)待反应釜冷却后，打开反应釜，清洗，随后冷冻干燥，得到海绵镍；(5)将海绵镍放入石英管内，并通过等离子体增强化学气相沉积法在海绵镍上负载垂直石墨烯，制得VG@SN复合材料(即负载垂直石墨烯的海绵镍复合材料)；(6)利用N2、SF6等离子体进一步对海绵镍(SN)上的垂直石墨烯(VG)进行异质元素掺杂，得到海绵镍负载氮、氟双掺杂的垂直石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的Ni(AC)2水溶液的浓度为0.1mol/L～0.5mol/L。3.根据权利要求1所述的海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的Ni(AC)2·4H2O物质的量(mol)与水合肼的体积(L)之比为1：1～4：1。4.根据权利要求1所述的海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，水热反应的条件为：温度为100～200℃，反应时间为6～12h。5.根据权利要求1所述的海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，通过等离子体增强化学气相沉积法在海绵镍上负载垂直石墨烯，具体包括：将海绵镍放在石英管中部，并在抽掉管内空气后开始加热，当马弗炉升温至600～800℃后，向管内通入反应气体Ar、CH4、H2，打开射频电源，调至射频功率在300～400W，反应时间为5～20min，反应结束后停止加热，并用Ar将管内气压回填至标准大气压，待炉子冷却后，取出得到负载垂直石墨烯的海绵镍复合材料。6.根据权利要求5所述的海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯的制备方法，其特征在于，气流量Ar：CH4：H2＝2～4:1:1～2。7.根据权利要求1所述的海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，气流量N2：SF6＝1:1～9:1。8.根据权利要求1所述的海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，异质元素掺杂的条件为：反应温度为60～120℃，射频功率为60～120W，掺杂时间为10～30min。9.根据权利要求1～8任一项所述的制备方法制备的海绵镍负载氮、氟双掺杂垂直石墨烯在制备锂硫电池的正负极材料中的应用。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，具体包括：在加热台上加入锂片后，将加热台调至200～500℃，保温20～40min，得到熔融态金属锂，将海绵镍负载氮、氟双掺杂的垂直石墨烯复合材料放入熔融态金属锂中，浸润5～10min得到NFVG@SN/Li复合负极材料，作为硫电池的负极材料；将硫粉、导电炭黑、偏聚氟乙烯研磨后，加入N‑甲基吡咯烷酮，磁力搅拌6～12h制