[发明专利]碳包覆多层NiO空心球复合材料的制备方法在审
申请号: | 201811613998.7 | 申请日: | 2018-12-27 |
公开(公告)号: | CN111384365A | 公开(公告)日: | 2020-07-07 |
发明(设计)人: | 赵婧;夏晖 | 申请(专利权)人: | 南京理工大学 |
主分类号: | H01M4/36 | 分类号: | H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525 |
代理公司: | 南京理工大学专利中心 32203 | 代理人: | 刘海霞 |
地址: | 210094 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 碳包覆 多层 nio 空心球 复合材料 制备 方法 | ||
本发明公开了一种碳包覆多层NiO空心球复合材料的制备方法。所述方法以镍盐和络合剂为原料,溶于乙醇和水的混合溶液中,经一步水热反应后,得到的前驱体先在氩气氛围下、400~600℃下进行烧结,再在空气下、300~400℃下烧结,得到碳包覆的多层NiO空心球复合材料。本发明工艺简单,无需调控溶液pH,制备的碳包覆多层NiO空心球复合材料可以作为锂离子电池负极材料,具有优异的循环性能和倍率性能。
技术领域
本发明属于电池材料技术领域,涉及一种碳包覆多层NiO空心球复合材料的制备方法。
背景技术
商品化的锂离子电池多用碳材料作为负极,但是碳材料比容量较低。为进一步提高锂离子电池的能量密度,需要开发新型高比容量负极材料。过渡金属氧化物具有较高的理论比容量(大于700mAh/g),制备方法简单,循环稳定性好等优点,有望替代碳材料。氧化镍的理论比容量为718mAh/gJ,价格便宜,无毒和自然界含量丰富,是一种很好的锂离子电池负极材料。然而同其他过渡金属氧化物一样,氧化镍作为锂离子电池负极材料基于转化反应机制进行储锂(NiO+2Li++2e-→Ni+LiO,Seguin L,et al.Journal of power sources,1999,81:604-606.),在循环过程中有明显的体积膨胀/收缩现象,容易造成电极材料的粉化,影响循环性能。电子导电率较差,导致锂离子在脱嵌过程中产生大量的焦耳热而形成安全隐患。另外,离子传输速率较小,限制了电极材料的倍率性能。
构筑纳米结构电极材料,如纳米空心、多孔结构或纳米级次结构,(Yu Zhao,etal.Journal of Crystal Growth,2004,270:438-445;Z Zhong,et al.Chemical PhysicsLetters,2000,330:41-47),既促进Li+进入电极内部,充分反应,又增加电极和电解液之间的接触面积,提供充足的离子传输通道;同时提供额外的空间来缓解锂离子脱嵌过程中引起的体积膨胀效应从而改善电极材料的倍率性能。另外,为了提高材料的电化学性能,也有工作将NiO与碳基材料(如碳、碳管、石墨稀、导电聚合物等)复合(D Yu,et al.NatureNanotechnology,2014,9:555-562;M Zhao,et al.Advanced Materials,2015,27:339-345.),进一步增加NiO负极电导性,使得纳米材料结构稳定化。这种复合结构虽然能够将金属氧化物和碳材料复合,提高材料的导电性,然而,对于其倍率性能的提升作用有限。负极材料充放电过程中,材料会出现因为剧烈的体积膨胀收缩导致的颗粒破碎,材料三维的结构破坏,对材料长期的循环性能以及高倍率下的电化学性能有很大破坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高其循环性能和倍率性能的碳包覆多层NiO空心球材料的制备方法。
实现本发明目的的技术方案如下:
碳包覆多层NiO空心球复合材料的制备方法,具体步骤如下:
步骤1,将镍盐和络合剂溶于乙醇和水的混合溶剂中,搅拌至完全溶解得到混合溶液,将混合溶液在120~180℃下进行水热反应,反应结束后,冷却,离心,干燥,得到前驱体;
步骤2,将前驱体在氩气氛围下、400~600℃下进行烧结,再在空气下、300~400℃下烧结,得到碳包覆多层NiO空心球材料。
优选地,步骤1中,所述的镍盐选自硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍或氯化镍。
优选地,步骤1中,所述的络合剂选自柠檬酸、柠檬酸三钠、明胶或乙二胺四乙酸。
优选地,步骤1中,所述的镍盐中的镍离子与络合剂的摩尔比为2:5。
优选地,步骤1中,所述的乙醇和水的混合溶剂中,乙醇和水的体积比为3:1。
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