[發明專利]一種鋰離子電池NiCrxOy負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410394068.2
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN105576234B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 倪世兵;馬建軍;呂小虎;楊學林
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H01M4/52
• 分類號: H01M4/52
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 蔣悅

一種鋰離子電池NiCr_xO_y負極材料，所述的鋰離子電池NiCr_xO_y負極材料為NiCrO₃及NiCr₂O₄，為尖晶石結構，該鋰離子電池NiCr_xO_y負極材料為顆粒狀，平均顆粒度為100?200nm。該鋰離子材料以乙酸鎳或硝酸鎳為鎳源，九水硝酸鉻為鉻源，在六次甲基四胺溶劑條件下，采用水熱法制得混合材料，將該混合材料烘干后經高溫燒結制得鋰離子電池NiCrO₃及NiCr₂O₄負極材料。制得該產品具有如下有益效果：合成工藝簡單，易于操作，材料制備成本低；所得樣品純度較高，結晶性能良好；所制備樣品為顆粒狀，顆粒尺寸約100~200 nm；所制備材料容量較高，循環性好。

技術領域

本發明涉及一種新型鋰離子電池負極材料及其制備方法，特別涉及一種三元鉻氧化物NiCr_xO_y的制備方法，屬于電化學電源領域。

背景技術

能源作為國家戰略性資源，是國內經濟增長和社會發展的重要物質基礎。隨著經濟的迅猛發展與人民生活水平的大幅提升，人們在享受能源消耗所帶來的巨大便利的同時，也不得不面臨著能源危機與環境污染的雙重壓力，開發綠色清潔能源已變得刻不容緩。鋰離子電池是繼鎳鎘電池、鎳氫電池之后的第三代小型蓄電池，具有工作電壓高，比容量高，比功率大，充放電電位曲線平穩，循環壽命長，沒有記憶效應，自放電小，環境友好等優點，因而廣泛應用于筆記本電腦，手機等移動便攜設備。不僅如此，鋰離子電池也被視為是未來電動交通工具的理想電源。

目前商業化的鋰離子電池負極材料主要為石墨類材料，其容量較低（理論容量372mAh/g），限制了鋰離子電池的能量密度。研發新型高容量、高性能負極材料是提高鋰離子電池能量密度的有效途徑。其中，轉換型負極材料通過可逆的氧化、還原反應實現鋰離子的存儲和釋放，顯示了較高的理論容量（500~1000 mAh/g），遠高于目前商用石墨類負極材料，在鋰離子電池中有潛在的應用價值。在各類新型負極材料中，三元過渡族金屬氧化物如ZnFe₂O₄, ZnSnO₃, NiSnO₃, Zn₂Ti₃O8, Li₄Ti₅O₁₂, CoFe₂O₄和CuCrO₂等，因理論容量較高，價格低廉且對環境友好，成為了一類頗具潛力的鋰離子電池負極材料。研發新型三元過渡金屬氧化物負極材料對于制備高性能鋰離子電池具有重要的意義。NiCr_xO_y理論容量大于900mAh/g，但目前關于其電化學性能的研究尚未見報道。基于以上背景，本專利發明一種NiCr_xO_y負極材料的制備方法，其在鋰離子電池中表現出潛在的應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰離子電池NiCr_xO_y負極材料及其制備方法。具體為以鎳源、鉻源（其中鎳源為硝酸鎳或乙酸鎳，鉻源為九水硝酸鉻）和六次甲基四胺為原料。其中乙酸鎳、九水硝酸鉻、六次甲基四胺的摩爾比為1：2~3：3~6；硝酸鎳、九水硝酸鉻、六次甲基四胺的摩爾比為1：1~3：2~5（進一步優選為：乙酸鎳、九水硝酸鉻、六次甲基四胺的摩爾比為1：2：5；硝酸鎳、九水硝酸鉻、六次甲基四胺的摩爾比為1：1：2）。通過原料混合和經水熱反應制得前驅體，對前驅體進行退火處理制備出鋰離子電池NiCr_xO_y負極材料。其原理就是利用水熱反應的高溫高壓特性，并利用六次甲基四胺促使反應朝著生成NiCr_xO_y的方向進行。通過熱處理最終得到結晶性能良好的NiCr_xO_y負極材料。