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

有效

• 申請號: 201310724013.9
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103682327A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 蔡稱心;倪葉猛;吳萍;印亞靜;張卉
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M10/058
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 韓朝暉

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池及其制備方法，特別是涉及一種負極材料為氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復合材料的鋰離子電池及其制備方法，屬于材料制備和能源電池領域。

背景技術

鋰離子電池因其具有能量密度高、輸出電壓高、循環性能好、使用壽命長、綠色環保的優良性質，近年來已廣泛應用于便捷式電子產品、軍事工業、航空航天等領域，在未來電動汽車(EV)和混合電動汽車(HEV)的動力裝置應用領域中也具有廣闊的前景，因此提高鋰離子電池性能是目前研究的熱點。其中，電極材料的選擇是影響鋰離子電池性能的關鍵因素。

作為重要的無機材料之一，氧化鎳具有自然儲藏豐富、價格低廉、熱穩定性好等優點，目前已經在催化、氣體傳感器、磁性材料等諸多領域中得到了廣泛的應用。氧化鎳作為鋰離子電池負極材料具有理論比容量高(718?mAh/g)、環境友好等優點，成為目前應用較為廣泛的新一代鋰離子電池負極材料之一。

但由于氧化鎳自身的結構特點和傳統方法制備的材料顆粒尺寸偏大等原因，導致材料內部的電子傳導性能差，鋰離子在氧化鎳顆粒中的擴散速率很低，極大地限制了氧化鎳的電化學性能和電池的循環性能。隨著對電池性能要求的不斷提高，尤其是動力鋰離子電池對能量密度和功率密度的雙重高要求，開發新型電極材料的鋰離子電池日益迫切。

目前，氧化鎳是重要的鋰離子電池負極材料之一。最新的研究發現，氧化鎳作為負極材料使用時，其粒徑尺寸和形貌對電化學性能有重要影響。因此，如何制備具有特殊形態的氧化鎳，是鋰離子電池負極材料領域值得探索的一個課題。

近年來，三維多孔空心材料的制備一直是材料和化學領域研究的熱點之一。粒徑在納米級乃至微米級的多孔空心球具有特殊的空心結構，與塊體材料相比具有比表面積大、密度低、穩定性高、單分散性、表面滲透性好和吸附性高等優點。而且，三維多孔的納米級空心球能有效地縮短離子和電子在其內部的遷移距離，并使得電極材料和導電劑能夠更為均勻高效的混合，從而提高材料內部的鋰離子及電子的擴散和傳輸速率，并改善充放電過程中的動力學特征。

發明內容

本發明的目的是提供一種以氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復合材料為負極活性材料的鋰離子電池及其制備方法，所述的鋰離子電池具有電池容量高、充放電循環性能好等特點。

本發明采用如下技術方案：

一種基于氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復合材料的鋰離子電池，包括正、負極電極片、電解液和隔膜，其特征在于，所述的負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合材料，所述的復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摻雜碳層。

所述的空心多孔氧化鎳納米球的粒徑為200～300?nm。

基于所述氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復合材料為負極材料組裝的鋰離子電池具有電池容量高、充放電循環性能好等特點。

所述的氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復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摩爾比為1：3.5～5.5，六水合氯化鎳與乙二醇的摩爾比為1:95～100；將該混合液于160～200?°C下進行溶劑熱反應，所得產物經洗滌、干燥后即得前驅體碳酸氫鎳球形納米粒子，粒徑為200～300?nm；將該前驅體加入到1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體中，于160～200?°C下進行溶劑熱法處理，所得產物經洗滌、干燥后，在氬氣氣氛下進行熱處理（以2?°C?/min?程序升溫至300～500?°C），冷卻至室溫，即得到氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復合材料，將其作為負極活性材料用于鋰離子電池的負極。

所述的方法中，前驅體碳酸氫鎳和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體摩爾比是1:50～150。

所述的方法中，溶劑熱反應的優選條件為160～200?°C，18～24?h。

所述的方法中，溶劑熱法處理的優選條件為160～200?°C，3～5?h。

將上述的負極活性材料與乙炔黑、PVDF（聚偏氟乙烯）和溶劑混合后，制成漿料涂布在金屬箔片上，制得負極電極片。

本發明還涉及所述鋰離子電池的制備方法，采用的技術方案是：

一種基于氮摻雜碳層包裹的空心多孔氧化鎳復合材料的鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟：