[發明專利]一種改性氧化鎳負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610040226.3
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105514421B
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 王志興;李艷;李新海;郭華軍;李滔;胡啟陽;彭文杰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/1391;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

本發明公開了一種改性氧化鎳負極材料，以中空結構氧化鎳為基體，在中空結構氧化鎳中摻雜金屬元素(鋰、鈉、鉀中的一種或幾種)。本發明的改性氧化鎳負極材料的制備方法為：將金屬元素硝酸鹽和硝酸鎳溶于水中混合均勻形成混合液，然后將所得的混合液通過噴霧熱解處理即得到所述改性氧化鎳負極材料；其中所述金屬元素為鋰、鈉、鉀中的一種或幾種，混合液中金屬離子與鎳離子的摩爾濃度比為(1:100)～(10:100)。本發明的氧化鎳負極材料為中空球形形貌，能減小鋰離子的擴散路徑，并在一定程度上減小循環過程中的體積變化；通過在氧化鎳中摻雜鋰、鈉、鉀金屬元素可提高材料的導電性能，降低電荷轉移阻抗，改善電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料領域，尤其涉及一種新型的摻雜金屬元素改性氧化鎳負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著對清潔大功率儲能設備需求不斷增加，過渡金屬氧化物負極相對于石墨負極具有可觀的可逆容量及更高的能量密度，因此受到廣泛關注。其中，氧化鎳由于成本較低，毒性小，理論容量高達718mAhg^-1，成為高能量密度電池材料的重要研究方向。但是氧化鎳同所有過渡金屬氧化物一樣，有兩個致命缺陷限制了其在鋰離子電池材料中的實際應用：一是氧化鎳的導電性差，二是在循環過程中體積變化較大容易導致材料結構破壞，循環性能變差。針對上述缺點，研究者們進行了大量的研究以期改善與解決。一方面，制備如中空、多孔及納米管結構的氧化鎳，通過對材料進行結構優化抑制材料在充放電過程中的體積變化，同時還能減小鋰離子的擴散路徑，增加電解液與電極間的接觸面積，提高材料的電化學性能；另一方面，通過添加導電物質增加其導電性，提高材料的可逆容量及容量保持率。

目前也提出對氧化鎳進行摻雜的方法，公開號為CN102104147A的專利公開了一種鎳鈷復合氧化物、鎳鈷摻雜氧化物及其制備方法，該專利通過制備三價氫氧化物前驅體，使高價摻雜元素鋁、鎵等可以進入材料晶格之中，同時產物球形度好、結晶完整、活性好，但是為了將鎳鈷氧化成三價，該工藝沉淀過程中需要添加多種試劑，并且要控制電位和pH值，沉淀后還需陳化、過濾最后再進行噴霧熱解，因此該工藝存在流程復雜，工藝要求嚴格，成本較高等缺點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種摻雜金屬元素改性氧化鎳負極材料及其制備方法，該負極材料具有中空球形形貌，良好導電性能及優異電化學性能，該制備方法中所用的原料簡單易得、工藝簡單、流程短。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種改性氧化鎳負極材料，以中空結構氧化鎳為基體，在所述中空結構氧化鎳中摻雜金屬元素，所述金屬元素為鋰、鈉、鉀中的一種或幾種；

上述的負極材料，優選的，所述摻雜金屬元素與氧化鎳中鎳元素的摩爾比為(1:100)～(10:100)。

作為一個總的發明構思，本發明還提供一種改性氧化鎳負極材料的制備方法：將金屬元素硝酸鹽和硝酸鎳溶于水中混合均勻形成混合液，然后將所得的混合液通過噴霧熱解處理即得到所述改性氧化鎳負極材料；其中所述金屬元素為鋰、鈉、鉀中的一種或幾種，金屬離子與鎳離子的摩爾濃度比為(1:100)～(10:100)。

上述的制備方法，優選的，所述噴霧熱解的溫度為450～900℃，混合液噴霧流速為1.0～2mLmin^-1。

上述的制備方法，優選的，噴霧熱解過程中的載氣為氧氣或空氣，載氣流的速度為1～2L min^-1。

上述的制備方法，優選的，所述硝酸鎳濃度為0.25～0.75mol/L。