[發明專利]碳包覆多層NiO空心球復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201811613998.7
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN111384365A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 趙婧;夏暉
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發明公開了一種碳包覆多層NiO空心球復合材料的制備方法。所述方法以鎳鹽和絡合劑為原料，溶于乙醇和水的混合溶液中，經一步水熱反應后，得到的前驅體先在氬氣氛圍下、400～600℃下進行燒結，再在空氣下、300～400℃下燒結，得到碳包覆的多層NiO空心球復合材料。本發明工藝簡單，無需調控溶液pH，制備的碳包覆多層NiO空心球復合材料可以作為鋰離子電池負極材料，具有優異的循環性能和倍率性能。

技術領域

本發明屬于電池材料技術領域，涉及一種碳包覆多層NiO空心球復合材料的制備方法。

背景技術

商品化的鋰離子電池多用碳材料作為負極，但是碳材料比容量較低。為進一步提高鋰離子電池的能量密度，需要開發新型高比容量負極材料。過渡金屬氧化物具有較高的理論比容量(大于700mAh/g)，制備方法簡單，循環穩定性好等優點，有望替代碳材料。氧化鎳的理論比容量為718mAh/gJ，價格便宜，無毒和自然界含量豐富，是一種很好的鋰離子電池負極材料。然而同其他過渡金屬氧化物一樣，氧化鎳作為鋰離子電池負極材料基于轉化反應機制進行儲鋰(NiO+2Li⁺+2e^-→Ni+LiO,Seguin L,et al.Journal of power sources,1999,81:604-606.)，在循環過程中有明顯的體積膨脹/收縮現象，容易造成電極材料的粉化，影響循環性能。電子導電率較差，導致鋰離子在脫嵌過程中產生大量的焦耳熱而形成安全隱患。另外，離子傳輸速率較小，限制了電極材料的倍率性能。

構筑納米結構電極材料，如納米空心、多孔結構或納米級次結構，(Yu Zhao,etal.Journal of Crystal Growth,2004,270:438-445；Z Zhong,et al.Chemical PhysicsLetters,2000,330:41-47)，既促進Li⁺進入電極內部，充分反應，又增加電極和電解液之間的接觸面積，提供充足的離子傳輸通道；同時提供額外的空間來緩解鋰離子脫嵌過程中引起的體積膨脹效應從而改善電極材料的倍率性能。另外，為了提高材料的電化學性能，也有工作將NiO與碳基材料(如碳、碳管、石墨稀、導電聚合物等)復合(D Yu,et al.NatureNanotechnology,2014,9:555-562；M Zhao,et al.Advanced Materials,2015,27:339-345.)，進一步增加NiO負極電導性，使得納米材料結構穩定化。這種復合結構雖然能夠將金屬氧化物和碳材料復合，提高材料的導電性，然而，對于其倍率性能的提升作用有限。負極材料充放電過程中，材料會出現因為劇烈的體積膨脹收縮導致的顆粒破碎，材料三維的結構破壞，對材料長期的循環性能以及高倍率下的電化學性能有很大破壞。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高其循環性能和倍率性能的碳包覆多層NiO空心球材料的制備方法。

實現本發明目的的技術方案如下：

碳包覆多層NiO空心球復合材料的制備方法，具體步驟如下：

步驟1，將鎳鹽和絡合劑溶于乙醇和水的混合溶劑中，攪拌至完全溶解得到混合溶液，將混合溶液在120～180℃下進行水熱反應，反應結束后，冷卻，離心，干燥，得到前驅體；

步驟2，將前驅體在氬氣氛圍下、400～600℃下進行燒結，再在空氣下、300～400℃下燒結，得到碳包覆多層NiO空心球材料。

優選地，步驟1中，所述的鎳鹽選自硝酸鎳、硫酸鎳、醋酸鎳或氯化鎳。

優選地，步驟1中，所述的絡合劑選自檸檬酸、檸檬酸三鈉、明膠或乙二胺四乙酸。

優選地，步驟1中，所述的鎳鹽中的鎳離子與絡合劑的摩爾比為2:5。

優選地，步驟1中，所述的乙醇和水的混合溶劑中，乙醇和水的體積比為3:1。