[发明专利]一种钼酸镍柔性薄膜复合材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钼酸镍柔性薄膜复合材料的制备方法及其作为锂离子电池电极材料的应用。制备方法：将可溶性镍盐溶于蒸馏水中形成溶液A；将可溶性钼酸盐加入溶液A中搅拌，获得溶液B；将一定尺寸大小的碳纳米管薄膜放入溶液B中，后将溶液放入反应釜进行水热反应。反应后取出薄膜材料，清洗干燥并在惰性气氛下退火以获得负载于碳纳米管薄膜上的钼酸镍纳米片柔性复合材料。本发明钼酸镍纳米片负载于碳纳米管薄膜上柔性复合材料的制备方法简单、对环境无污染。该柔性复合电极材料具有高的导电性、高放电比容量以及良好的循环稳定性，更为重要的，该复合材料在组装电池时无需使用粘结剂且进一步扩展了高容量锂离子电池负极材料的选择。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种负载于碳纳米管薄膜上的钼酸镍纳米片柔性复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的进步与发展，人们要求电池具有更高的能量密度，更长的循环寿命，世界各地的研究者也在不断探索新型的电极材料。三元过渡金属氧化物如NiMoO4、CoMoO4、NiCoO4、ZnCoO4等因具有高得理论比容量，原材料丰富，制备价格低廉，环境友好而广受关注。然而此类三元过渡金属氧化物因本征导电性低，导致在作为电极材料时，循环性能低。此外，常用的电池组装方法使用粘结剂，这进一步降低了电极材料的导电率。将三元过渡金属氧化物原位生长在具备优良导电性的基底上，是提高三元过渡金属氧化物导电性，制备具有高容量和循环稳定性的电极材料的途径之一。目前以NiMoO4作为三元过渡金属氧化物的电极材料，主要采用以下方式制得：(1)混合镍盐与钼酸盐溶液水合反应，经过常规煅烧或添加固化剂，得到球状、近球状、片状材料，例如中国专利CN107651713A、CN107978460A、CN108232157A、CN109133199A、；(2)以碳布、碳纤维、碳棒、泡沫镍、泡沫铜作为基底材料，通过电镀、水合等反应，使钼酸镍生长在基底材料上，例如中国专利CN105244182A、CN104282446A、CN106927513A、CN107068415A、CN109786135A。

上述方法(1)通常需要添加固化剂，例如氨基苯酚衍生物、六次甲基四胺、环己烷等，由于固化剂具有毒性，对环境及试验人员的健康均有危害，而不添加固化剂的常规煅烧，所得到钼酸镍多为球状或近球状，体积较大，不利于电极材料的小型化和薄膜化，柔性不佳，且生长颗粒之间无交互，电学性能不佳；上述方法(2)采用固体基底材料，基底材料与钼酸镍的协同作用提高了电极的电容性能，但是，由于刚性基底无法制成柔性薄膜，限制了其在柔性显示器、柔性电极、微纳电容等领域的应用，或者采用常规碳布或碳纤维作基底材料，比表面积较小，电学性能亦不佳，放电容量较低，下降低较高。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

基于目前三元过渡金属氧化物导电性差的技术问题，本发明的目的在于提供一种负载于碳纳米管薄膜上的钼酸镍纳米片柔性复合材料及其制备方法，相对于现有技术中使用六次甲基四胺等有毒物质为原料，该制备方法简单且绿色无毒，制备获得的复合材料具有高的导电性，在作为锂离子电池时具备高容量和优良的循环稳定性能；本发明的目的还在于提供该负载于碳纳米管薄膜上的钼酸镍纳米片柔性复合材料作为负极材料在锂离子电池中的应用；本发明的目的还在于提供包含该负载于碳纳米管薄膜上的钼酸镍纳米片柔性复合材料的锂离子电池电极；本发明的目的还在于提供包括所述锂离子电池电极的锂离子电池。

本发明使用碳纳米管薄膜作为混合基底材料，使基底材料与三元过渡金属氧化物在尺寸上相近，均为微纳米级，钼酸镍围绕碳纳米管生长，避免了球形产物的生成，得到了厚度更小但比表面积更高的复合产物，提高了放电比容量和循环稳定性，同时，由于碳纳米管自身的强韧特性，构成了柔性薄膜材料的基础骨架，增强了薄膜复合材料的整体强度，能够在保证不破裂的情况下，使得更薄的柔性电极材料具有了实用性。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供一种负载于碳纳米管薄膜上的钼酸镍纳米片柔性复合材料的制备方法，其包括以下步骤：