CN107293743A - 一种含铁酸镍多孔纳米管的钠离子电池正极材料及其制备方法 - Google Patents

一种含铁酸镍多孔纳米管的钠离子电池正极材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料及其制备方法。先通过一步水热合成方法制得MIL‑88B‑Fe2Ni前驱体，再经由空气中退火得到多孔NiFe2O4纳米管；多孔NiFe2O4纳米管再与阿拉伯树胶以及乙炔黑混合，制得钠离子电池正极材料。本方法巧妙应用参与反应的有机配体，与Fe3+和Ni2+配位结合形成有特殊形貌的金属有机框架，最终在空气氛围下退火NiFe2O4纳米管。通过金属有机框架衍生出来的多孔NiFe2O4纳米管作为钠离子电池电极材料，具有相对较高的比容量和良好的循环稳定性。

Description

一种含铁酸镍多孔纳米管的钠离子电池正极材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于电极材料的制备领域，具体涉及一种含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池（LIBs）由于具有高容量、高电压和循环寿命长等显著优点而被广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。但是随着锂离子电池的不断普及，锂（碳酸锂）的价格不断上升，且锂资源在地球中的储量也较少, 分布不均，难以开采。钠元素相比于锂而言，储量更丰富，价格低廉且来源广泛，因而钠离子电池近年来得到广泛的关注，未来在储能领域的大规模应用上具有比LIBs更好的应用前景。当前，钠离子电池因缺乏匹配合适的电极材料而制约其实际应用，开发性能优异的钠离子电池电极材料是当前该领域的研究热点和重点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料及其制备方法。多孔NiFe2O4纳米管作为钠离子电池电极材料，具有相对较高的比容量和良好的循环稳定性。
为实现上述技术方案，本发明采用如下技术方案：
一种含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）多孔NiFe2O4纳米管的制备：先通过一步水热合成方法制得MIL-88B-Fe2Ni前驱体，再经由空气中退火得到多孔NiFe2O4纳米管；
2）正极材料的制备：多孔NiFe2O4纳米管与阿拉伯树胶以及乙炔黑混合研磨后，制得钠离子电池正极材料。
多孔NiFe2O4纳米管的具体制备步骤为：将1.0-1.5 g氯化铁、0.5-0.8g硝酸镍和0.1-0.6 g对苯二甲酸溶解到50-80 ml N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后，滴入1-4 ml0.1-0.5 mol/L氢氧化钠，再搅拌10-20分钟，转移到反应釜中，在130-170℃下反应6-20 h,再经离心洗涤得到黄褐色产物，最后在空气中，经300-700℃退火得到最终产品。
步骤2）中多孔NiFe2O4纳米管、阿拉伯树胶和乙炔黑按质量比80-85:5-15:5-15进行混合研磨。
一种如上所述的制备方法制得的含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料。
本发明的有益效果在于：
1）本发明巧妙应用参与反应的有机配体，与Fe3+和Ni2+配位结合形成有特殊形貌的的金属有机框架，最终在空气氛围下退火制得NiFe2O4纳米管；纳米材料具有优异的储钠性能，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成。此产品还能推广至其他能源和催化等领域的应用；
2）通过金属有机框架衍生出来的多孔NiFe2O4纳米管作为钠离子电池电极材料，具有相对较高的比容量和良好的循环稳定性；在电流密度为0.1 Ag-1的电流密度下，其可逆（首次充电）比容量达456 mAh/g；而且经过100次循环之后，其可逆比容量仍稳定在318 mAh/g。
附图说明
图1 NiFe2O4纳米管的XRD图；
图2 NiFe2O4纳米管的(a)扫描电镜图和(b)透射电镜图；
图3 NiFe2O4纳米管的循环性能图。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
实施例1
一种含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）多孔NiFe2O4纳米管的制备：将1.2 g氯化铁、0.6g硝酸镍和0.3 g对苯二甲酸溶解到65 ml N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后，滴入2 ml 0.3 mol/L氢氧化钠，再搅拌15分钟，转移到反应釜中，在150℃下反应12 h, 再经离心洗涤得到黄褐色产物，最后在空气中，经500℃退火得到最终产品；
2）正极材料的制备：多孔NiFe2O4纳米管、阿拉伯树胶和乙炔黑按质量比82:10:10进行混合研磨后，制得钠离子电池正极材料。
钠离子电池组装：钠离子电池正极材料均匀地涂在1.2 cm2的铜片上做正极，负极为金属钠，电解质是1M NaClO4的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。电池组装在氩气保护下手套箱里进行（氧气和水分含量均低于1ppm）。
对材料进行XRD测试，并与NiFe2O4的标准卡片JCPDS #10-0325相一致（如图1所示），这表明最终的材料是纯相NiFe2O4。这种NiFe2O4纳米管，其外径大概在10-30 nm之间（如图2的（a）所示），从透射电子显微镜图（如图2的（b）所示）可以看到这种管是由纳米粒子组成的超级结构，内径大约在10 nm左右。NiFe2O4纳米管具有多孔结构，孔径大约为3-4 nm。通过金属有机框架衍生出来的多孔NiFe2O4纳米管作为钠离子电池电极材料，结果表明其具有相对较高的比容量和良好的循环稳定性。如图3所示，在电流密度为0.1 Ag-1的电流密度下，其可逆（首次充电）比容量达456 mAh/g；而且经过100次循环之后，其可逆比容量仍稳定在318 mAh/g。
实施例2
一种含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）多孔NiFe2O4纳米管的制备：先通过一步水热合成方法制得MIL-88B-Fe2Ni前驱体，再经由空气中退火得到多孔NiFe2O4纳米管；
2）正极材料的制备：多孔NiFe2O4纳米管与阿拉伯树胶以及乙炔黑混合研磨后，制得钠离子电池正极材料。
多孔NiFe2O4纳米管的具体制备步骤为：将1.0 g氯化铁、0.5g硝酸镍和0.1 g对苯二甲酸溶解到50 ml N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后，滴入1 ml 0.1mol/L氢氧化钠，再搅拌10分钟，转移到反应釜中，在130℃下反应20 h, 再经离心洗涤得到黄褐色产物，最后在空气中，经300℃退火得到最终产品。
实施例3
一种含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）多孔NiFe2O4纳米管的制备：将1.5 g氯化铁、0.8g硝酸镍和0.6 g对苯二甲酸溶解到80 ml N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后，滴入4 ml 0.5 mol/L氢氧化钠，再搅拌20分钟，转移到反应釜中，在170℃下反应6 h, 再经离心洗涤得到黄褐色产物，最后在空气中，经700℃退火得到最终产品；
2）正极材料的制备：多孔NiFe2O4纳米管与阿拉伯树胶以及乙炔黑混合研磨后，制得钠离子电池正极材料。

Claims (4)

1.一种含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）多孔NiFe2O4纳米管的制备：先通过一步水热合成方法制得MIL-88B-Fe2Ni前驱体，再经由空气中退火得到多孔NiFe2O4纳米管；
2）正极材料的制备：多孔NiFe2O4纳米管与阿拉伯树胶以及乙炔黑混合研磨后，制得钠离子电池正极材料。
2.根据权利要求1所述的含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：多孔NiFe2O4纳米管的具体制备步骤为：将1.0-1.5 g氯化铁、0.5-0.8g硝酸镍和0.1-0.6 g对苯二甲酸溶解到50-80 ml N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后，滴入1-4 ml0.1-0.5 mol/L氢氧化钠，再搅拌10-20分钟，转移到反应釜中，在130-170℃下反应6-20 h,再经离心洗涤得到黄褐色产物，最后在空气中，经300-700℃退火得到最终产品。
3.根据权利要求1所述的含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中多孔NiFe2O4纳米管、阿拉伯树胶和乙炔黑按质量比80-85:5-15:5-15进行混合研磨。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的制备方法制得的含NiFe2O4多孔纳米管的钠离子电池正极材料。
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