[發明專利]一種用于鋰離子電池的氧化鎳/石墨復合納米材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710279447.0
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN106920962A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 張震;劉亞萌
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/52
• 分類號: H01M4/52;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/36;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，具體涉及一種用于鋰離子電池的氧化鎳/石墨復合納米材料及其制備方法與應用。

背景技術

隨著能源危機的產生和日益嚴峻的環境問題，迫切需要一種新型能源代替煤、石油等不可再生能源。可充電鋰離子電池可以作為綠色能源的儲能載體，引起了人們極大的關注。商業鋰離子電池負極材料石墨的理論容量(372mAh g^-1)較低，已經不足以滿足日益增長的能量需求，因此尋找具有價格低廉，循環壽命長，高的能量密度，高的可逆容量，優良的倍率性能和循環穩定性等優點的鋰離子電池負極材料顯得尤為重要。

過渡金屬氧化物(M_xO_y,M:Fe,Co,Ni,Mn)擁有較高的理論容量以及特殊的儲鋰機理：M_xO_y+2yLi⁺+2ye^-→yLi₂O+xM因而是最具有開發和應用潛力的新一代鋰離子電池負極材料。

其中NiO由于它廣泛的用途，如催化劑，氣體傳感器，磁性材料以及鋰離子電池負極材料等，得到廣泛的研究和關注。作為非常具有吸引力的鋰離子電池負極材料NiO，它具有低電位，低成本，低毒性，相比其他過渡金屬氧化物更安全和高的理論容量(717mAh g^-1)，高的體積能量密度(約為石墨的5.8倍)等眾多優勢。但在循環過程中，離子導電性差，NiO發生較大的體積膨脹等制約了NiO的電化學性能的發揮。

有研究表明，減小NiO的納米粒徑不僅可以縮短Li+擴散距離，也能增加電極和電解質的接觸面積，從而提高循環穩定性。但納米材料最大的問題就是容易團聚從而引起更多的問題，而加入碳黑或導電聚合物可以使這些問題得到改善。Zhang等人采用水熱法得到碳包覆的氧化鎳(NiO-C)納米顆粒，并將其用作鋰離子電池負極材料。在100mAh g^-1的電流密度下循環50圈后，可逆容量仍保持在706.9mAh g^-1。

本發明通過簡單的球磨工藝，成功合成了均勻負載在石墨片上的納米氧化鎳NiO顆粒。當用于鋰離子電池負極材料時，氧化鎳/石墨復合納米材料具有優異的循環穩定性，在200mAh g^-1的電流密度下循環50圈后，材料能保持861mAh g^-1的可逆容量，在1200mAh g^-1的大電流密度下，材料也有602mAh g^-1的可逆容量。本發明具有工藝簡單，原料價格低廉易得，成本低，效率高，環境友好等優點，可以大規模工業應用。

發明內容

本發明的首要目的是提供一種氧化鎳/石墨復合納米材料。

本發明的另一目的是提供上述氧化鎳/石墨復合納米材料的低成本、高效率、可大規模制備的方法。

本發明的再一目的是提供上述氧化鎳/石墨復合納米材料作為高性能鋰離子電池負極材料的應用方法。

本發明目通過以下技術方案實現。

一種用于鋰離子電池的氧化鎳/石墨復合納米材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨與無水硝酸鈉放入反應器中，攪拌下加入濃硝酸，反應后用水洗滌至中性，干燥，得到酸化石墨；

(2)將酸化石墨、氫氧化鎳與球混合球磨，再分離得到的氫氧化鎳/石墨復合納米材料；

(3)在氮氣氣氛下，將氫氧化鎳/石墨復合納米材料放置于管式爐中煅燒，得到氧化鎳/石墨復合納米材料。

優選的，步驟(1)所述石墨為天然鱗片石墨、天然石墨和人造石墨中的一種或多種。

優選的，步驟(1)所述反應的時間為12小時12小時。

優選的，步驟(2)所述球與原料的質量比為20:1-20:10，所述原料包括酸化石墨和氫氧化鎳。

優選的，步驟(2)所述球磨時的轉速為300～500rpm；球磨時間為24-48h。

優選的，步驟(3)所述煅燒的溫度為250-450℃；時間為2-4h。

優選的，一種氧化鎳/石墨復合納米材料的制備方法如下：