[发明专利]一种碳包覆钴酸镍多维组装微球负极材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆钴酸镍多维组装微球负极材料及制备方法，属于电池电极材料制造技术领域，将金属盐溶解于混合溶剂中，通过溶剂热反应得到多维花状微球前驱体；将多维花状微球前驱体分散于多巴胺盐酸盐的缓冲溶液中进行表面聚合，得到聚多巴胺包覆的多维花状微球中间体；将多维花状微球中间体置于充满惰性气体的管式炉中高温煅烧，材料内部有机物前驱体分解并氧化，同时外部聚多巴胺碳化，得到碳包覆钴酸镍多维组装微球材料。本发明制备的材料具有比容量高、循环寿命长等出色储锂特性，制备方法简单温和，原料来源广、成本低，可重复性强，对设备的要求低，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及电池电极材料制造技术领域，具体涉及一种碳包覆钴酸镍(NiCoO₂)多维组装微球负极材料及制备方法。

背景技术

现代社会经济正在飞速发展，随之出现的能源危机和环境污染已成为全球面临的重大问题。在对新一代绿色可再生能源开发利用进程中，锂离子电池因其能量密度高、毒害小等优点，已经成功占领了小型储能设备的应用市场，并正在进一步趋于完善应用于纯电动汽车领域。但是眼下商业化锂离子电池使用的石墨负极理论容量低(372mAh g^-1)并且倍率性能差，不能满足正在增长的市场对更高能量/功率密度储能设备的需求。

在多种可替代负极材料中，过渡金属氧化物(TMO)因其放电容量和反应活性高，成为最有应用前景的备选材料之一，已经被人们广泛研究。钴酸镍NiCoO₂拥有较大的理论比容量(716.5mAh g^-1)和特殊的立方面心岩盐结构，是一种具有优异储锂能力的负极材料。但是其仍然面临TMO作为电极材料的通病，即自身导电性差，以及嵌脱锂过程中体积变化导致的结构不稳定。因此，NiCoO₂用于锂离子电池负极材料需要结合特定的结构设计，才能发挥其自身的高储锂性能。

目前常应用于改善TMO负极材料的策略有：(1)多孔、空心、核壳等微纳结构设计，目的是缩短离子/电子迁移距离而提高扩散速率，同时能够缓冲循环中的体积变化。(2)设计碳基复合物，比如碳包覆来提高导电性，并限制体积变化的影响。在此基础上，引入杂原子掺杂和孔道设计等可以进一步提高碳层的物化性质，保证材料具有更高的导电性和可供离子穿梭的通道。

因此，针对NiCoO₂作为锂离子电池负极材料的缺陷，如何简单巧妙地设计改性方式，高效发挥其高比容量的优势和潜能，是一个亟待研究解决的问题。

发明内容

针对NiCoO₂作为锂离子电池负极材料导电性不佳、结构不稳定的缺陷，本发明提供了一种碳包覆钴酸镍多维组装微球负极材料及制备方法，本发明制备的材料，具有比容量高、循环寿命长等出色电化学性能，同时制备方法简单温和，原料来源广、成本低，可重复性强，对设备要求低。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳包覆钴酸镍多维组装微球负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍盐和钴盐搅拌溶解于混合溶剂中，进行溶剂热反应，冷却后将沉淀洗涤烘干，得到多维花状微球前驱体；

(2)将多维花状微球前驱体分散于三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，加入多巴胺并搅拌进行表面聚合反应，反应完成后得到聚多巴胺包覆的多维花状微球中间体；

(3)将聚多巴胺包覆的多维花状微球中间体于保护气氛下高温煅烧，冷却后得到碳包覆钴酸镍多维组装微球负极材料。

进一步地，所述镍盐为六水合硝酸镍、六水合硫酸镍、六水合氯化镍、四水合乙酸镍或二水合草酸镍，钴盐为六水合硝酸钴、七水合硫酸钴、六水合氯化钴、四水合乙酸钴或二水合草酸钴。

进一步地，所述镍盐与钴盐的质量比为(0.66～1.5)：1。