[發明專利]一種核殼結構的Ni-P合金鋰離子電池負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210082683.0
• 申請日: 2012-03-27
• 公開（公告）號: CN102623679A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 谷長棟;張恒;尤益輝;王秀麗;涂江平
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于材料及化學電源技術領域，具體涉及一種核殼結構的Ni-P合金鋰離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子蓄電池作為一種高性能的可充綠色電源，近年來已經廣泛應用于各種通訊工具和便攜式電子產品中，并將逐步開發為電動汽車的動力電源，從而推動其向安全、環保、低成本及高比能量的方向發展。新型高能化學電源技術的快速發展，也對電池材料提出了更高的要求，高能量密度、高功率密度、低成本、對環境友好的新型電池材料是現在以及未來的研究重點。鋰離子電池的負極材料是提高鋰離子電池可逆容量與循環壽命的關鍵因素。目前，碳材料(包括石墨、軟碳和硬碳)是商品化的鋰離子電池的主要負極材料。但是碳材料的儲鋰能力較低(理論比容量為372mAh/g)，限制了鋰離子電池容量的進一步提高。過渡金屬磷化物由于其極低的極化率與較高的循環穩定性受到廣泛的關注，而在過渡金屬磷化物中Ni-P合金化合物的充放電極化率最低，是一種很有前景的鋰離子電池負極材料。

制備Ni-P合金的各種納米結構，如納米粉體、納米線、納米空心球等常用的方法有水熱法、過渡金屬磷酸鹽的氧化-還原法以及金屬配合物的分解反應法等，其中Ni-P合金的納米管、納米線等結構一般需要模板來協助其納米結構的形成，如授權公告號為CN100546916C的中國專利公開了一種鎳磷鉻納米二氧化鈦非晶納米復合材料的制備方法，其中納米TiO₂材料分別為用AAO模板法制備的納米線及納米管，雖然該方法制備的復合材料具有良好的耐海水腐蝕的性能，但其AAO模板法制備納米線及納米管的方法較為繁瑣，使整個制備工藝變得復雜。

傳統的濕化學法以及固相反應法一般都要需要較高溫度(＞400℃)的處理，才可以得到應用于鋰離子電池負極材料的納米結構Ni-P合金粉體；傳統的濕化學法一般采用水溶劑作為反應溶劑，使得反應在極端條件(如高壓條件)下才能進行，該過程不僅步驟繁瑣，苛刻的實驗條件對實驗設備也有較高要求，同時反應的安全性也存在隱患。因此，從生產工藝控制和節能環保方面考慮，尋求一種簡便易行可控的合成方法來制備Ni-P合金納米顆粒鋰離子電池負極材料具有重要意義。

發明內容

本發明提供了一種核殼結構的Ni-P合金鋰離子電池負極材料的制備方法，反應前驅體溶液為非水性溶液，可在高溫常壓下進行，反應條件簡單可控，操作方便。

一種核殼結構的Ni-P合金鋰離子電池負極材料的制備方法，包括：

(1)將氯化膽堿、乙二醇與丙二醇混合，得到混合溶液，然后依次加入NiCl₂、NH₄H₂PO₂，超聲溶解后得到反應前驅體溶液；所述的混合溶液中，氯化膽堿、乙二醇、丙二醇的摩爾比為0.5～1∶0.5～1.5∶0.5～1.5；以混合溶液的體積為1L計，所述的NiCl₂和NH₄H₂PO₂的濃度均為0.01～1mol/L；

(2)將反應前驅體溶液加熱回流，取產生的沉淀物進行后處理得到核殼結構的Ni-P合金鋰離子電池負極材料。

所述的NiCl₂和NH₄H₂PO₂的濃度均為0.01～1mol/L，是指每升混合溶液中加入0.01～1mol的NiCl₂和0.01～1mol的NH₄H₂PO₂。

為使反應前驅體溶液中各組分充分溶解于反應前驅體溶液中，所述的超聲溶解優選為在室溫下超聲溶解0.5～2h。

所述的加熱回流時的壓力為常壓，溫度為60～250℃，時間為1～5h，由于反應前驅體溶液含有氯化膽堿、乙二醇和丙二醇，使其由特定有機陽離子和陰離子構成，在室溫或接近室溫下呈液態的熔鹽體系，從而可以具有一系列獨特的物理化學性能，與水性溶劑相比，其具有超低的蒸汽壓、更高的導電性以及熱穩定性等優越性能，從而使制備工藝簡單易行，常壓下即可實現高溫反應。

在加熱回流后，對沉淀物進行后處理得到核殼結構的Ni-P合金鋰離子電池負極材料，所述的后處理為依次進行清洗、干燥。

為去除雜質，得到純凈的產物，對所得的沉淀物進行清洗，所述的清洗為交替進行醇洗和水洗，所述的醇優選為甲醇。

所述的干燥為在40～100℃下干燥6～12小時。