[發(fā)明專利]基于氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復(fù)合材料的鋰離子電池及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310724013.9
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103682327A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡稱心;倪葉猛;吳萍;印亞靜;張卉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京師范大學(xué)
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M10/058
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 韓朝暉

1.一種基于氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復(fù)合材料的鋰離子電池，包括正、負(fù)極電極片、電解液和隔膜，其特征在于，所述的負(fù)極電極片的活性材料為氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復(fù)合材料，所述的復(fù)合材料包括空心多孔氧化鎳納米球，其表面包覆一層均勻的氮元素?fù)诫s碳層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于：所述的空心多孔氧化鎳納米球的粒徑為200～300?nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于：所述的氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復(fù)合材料的制備采用溶劑熱法合成，將尿素、六水合氯化鎳、醋酸鈉分散在乙二醇中形成混合液，其中六水合氯化鎳和醋酸鈉的摩爾比為1:3～5，六水合氯化鎳與尿素的摩爾比為1：3.5~5.5，六水合氯化鎳和乙二醇的摩爾比為1:95～100；將該混合液于160～200?°C下進行溶劑熱反應(yīng)，將產(chǎn)物洗滌、干燥，得到粒徑為200～300?nm的碳酸氫鎳納米球前驅(qū)體；將該前驅(qū)體加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體中，前驅(qū)體碳酸氫鎳和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體摩爾比是1:50～150，于160～200?°C下進行溶劑熱法處理，將產(chǎn)物洗滌、干燥后，在氬氣氣氛下以2?°C?/min程序升溫至?300～500?°C進行熱處理，得到所述的氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復(fù)合材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的鋰離子電池，其特征在于：所述的負(fù)極活性材料與乙炔黑、PVDF和溶劑混合后，制成漿料涂布在金屬箔片上，制得負(fù)極電極片。

5.一種基于氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復(fù)合材料的鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟：

1）將尿素、六水合氯化鎳、醋酸鈉分散在乙二醇中形成混合液，其中六水合氯化鎳和醋酸鈉的摩爾比為1:3～5，六水合氯化鎳與尿素的摩爾比為1：3.5~5.5，六水合氯化鎳和乙二醇的摩爾比為1:95～100；將該混合液于160～200?°C下進行溶劑熱反應(yīng)，所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥即得粒徑為200～300?nm的碳酸氫鎳球形納米粒子前驅(qū)體；將此前驅(qū)體加入到1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體中，前驅(qū)體碳酸氫鎳和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體摩爾比是1:50～150，于160～200?°C下進行溶劑熱法處理，所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥后，在氬氣氣氛下以?2?°C?/min程序升溫至?300～500?°C進行熱處理，得到氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復(fù)合材料；

2）制備負(fù)極電極片：將步驟1）所得到的氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復(fù)合材料、乙炔黑、PVDF和溶劑混合后，制成均勻漿料，涂布在金屬箔片上，制備得到負(fù)極電極片；

3）制備鋰離子電池：以步驟2）制得的負(fù)極電極片和金屬鋰正極電極片裝配成鋰離子電池。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池的制備方法，其特征在于，所述步驟1）中氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復(fù)合材料的制備包括以下步驟：

1）在乙二醇中，加入尿素、六水合氯化鎳和醋酸鈉，于20～25?°C下磁力攪拌3～5?h，形成均勻的混合液，將該混合液置于內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中，于160～200?°C下溶劑熱反應(yīng)18～24?h，所得反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫，經(jīng)離心洗滌后，于60～100?°C下干燥12～24?h，得到前驅(qū)體碳酸氫鎳納米粒子，粒徑200～300?nm；

2）在1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體中加入步驟1）中所得產(chǎn)物，超聲分散均勻，將分散液置于內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中，于160～200?°C下溶劑熱法處理3～5?h，反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫，經(jīng)離心分離后，于80～120?°C下真空干燥12～24?h；

3）將步驟2）中得到的干燥產(chǎn)物置于管式爐中，在氬氣氣氛下以?2?°C?/min程序升溫至?300～500?°C進行熱處理，冷卻至室溫，即可得氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復(fù)合材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池的制備方法，其特征在于步驟2）中，所述的金屬箔片為泡沫銅片。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池的制備方法，其特征在于所述步驟2）中，所述的溶劑為1-甲基-2-吡咯烷酮。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池的制備方法，其特征在于所述步驟2）中，氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復(fù)合材料和乙炔黑、PVDF的質(zhì)量比為70%：15%：15%。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池的制備方法，其特征在于步驟3）中，以步驟2）制得的負(fù)極片和金屬鋰正極片，采用含1?mol/L?的LiPF₆/EC+DMC(1:1)有機溶液為電解液，裝配成鋰離子電池。