CN107369824A - 锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法 - Google Patents
锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107369824A CN107369824A CN201710616814.1A CN201710616814A CN107369824A CN 107369824 A CN107369824 A CN 107369824A CN 201710616814 A CN201710616814 A CN 201710616814A CN 107369824 A CN107369824 A CN 107369824A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nio
- mgo
- negative pole
- composite negative
- lithium ion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明属于电池技术领域,具体涉及一种锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法。本发明先采用水热法制备纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2,然后选用葡萄糖作为碳源,对Ni(OH)2/Mg(OH)2进行水热包覆。本发明制备的NiO/MgO/C复合负极材料能够在锂离子电池充放电时防止NiO团聚,又能改善锂离子负极材料的电化学性能。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域,具体涉及一种锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法。
背景技术
纳米氧化镍(NiO)能够和金属锂发生可逆的氧化还原反应,经多次充放电循环后仍保持较高的比容量和优良的循环性能,使其成为一种发展前景较好的新型锂离子电池负极材料。国内外最近几年才涉足NiO负极材料的研究并取得了一定成果,但进展较缓慢。
纳米NiO粉体的制备方法主要有化学沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法,不同方法制备的纳米NiO粉体具有不同的结构、晶粒大小以及电化学性能。
化学沉淀法是早期研究主要采用的实验方法:将镍盐与碱作用,生成的沉淀物作为制备NiO的前躯体,经过煅烧得到产物。Meyer M.,Bee A.,Talbot D.,et al.Journal ofColloid and Interface Science[J],2004,277(2):309-315.报道了将NH3、CH3NH2、TMAOH等不同碱液与硝酸镍80℃下反应6h,制备出片状氢氧化镍,并系统分析了不同碱液对产物尺寸和厚度的影响。Deng XY,Zhong Z.Materials Letters[J],2004,58,276-280.报道了通过氨水共沉淀法制备的NiO纳米颗粒平均粒径为9nm。Needham S A,Wang G X,Liu H K.JPower Sources[J],2006,159:254-257.报道了以NiCl2和氨水为原料采用阳极氧化铝为模板首先制备了Ni(OH)2,然后经过350℃退火1h制备了长60μm、直径200nm、壁厚23~30nm的NiO纳米管。然而该方法制备的NiO纳米管颗粒较大,循环过程中因Li+在NiO材料的嵌入/脱嵌过程中产生较大的应力,活性材料逐渐粉末化损失,从而导致比容量较低且循环性能较差。如在0.025~3.0V电压范围内,以0.025A/g的电流密度充放电,首次放电比容量为600mAh/g,20次循环后比容量为300mAh/g。
为了提高NiO的可逆容量,闫俊美,张静,杨勇.电化学[J],2005,11(3):284-288.中报道以硝酸镍、柠檬酸和乙醇为原料,浓硝酸调节pH值,在70℃时合成了稳定的溶胶和凝胶,然后在380℃退火2h获得了纯度高、粒径分布均匀、颗粒较小的NiO,一般不大于10nm。在0~3V电压范围内,以0.05mA/cm2电流密度充放电,首次放电比容量达1195.1mAh/g,15次循环后可逆比容量仍在800mA/g以上,表现出良好的电化学性能。
电流密度也是影响纳米NiO电化学性能的一个重要因素。在较小电流密度下充放电,Li+可以均匀嵌入与脱嵌,延缓了活性材料的团聚和脱落;而当电流密度较大时,由于NiO较低的电导率将造成明显的极化,且在循环过程中形成的SEI膜阻碍了电子的传导以及金属Ni颗粒团聚严重,导致电导率逐渐减小,严重时因体积变化剧烈而产生较大的应力使活性材料脱落,从而使容量衰减严重。梁英,范晶,贾志杰.无化化学学报[J],2007,23(1):97-100.中报道采用水热合成法制备了Ni(OH)2前驱体,然后在400℃退火4h获得了结晶程度高、晶体缺陷少、颗粒大小约50nm的NiO粉体。在0.005~3V电压范围内,以0.1mA/cm2电流密度充放电,首次放电比容量达1151mAh/g,20次循环后容量保持率为67.4%,可逆比容量为775mAh/g,表现出较高的可逆比容量和良好的循环性能。而以0.3mA/cm2电流密度充放电时,首次放电比容量为1023mAh/g,相同循环次数后容量保持率为61.3%,可逆比容量为627mAh/g。Huang XH,Tu J P,Zhang C Q,et al.Electrochem Commu[J],2007,(9):1181-1184.;Huang X H,Tu J P,Zhang C Q,et al.Electrochimica Acta[J],2007,52:4177-4181.也进行了类似的工作,以Ni(CH3COO)2和CO(NH2)2为原料经过500℃退火2h制备了粒径为20nm的NiO晶粒。当以0.1C速率工作时,首次放电比容量高达1190mAh/g,而以2C的速率充放电,首次放电比容量不到0.1C的20%。
薄膜电极的制备与粉体电极有所不同,NiO薄膜电极通常采用不同的工艺将活性材料直接溅射或沉积到基体上形成,然后在一定温度下热处理,该过程一般无需添加导电剂和粘结剂,因此薄膜电极常常具备较高的比容量和较好的循环性能。李董轩,赵胜利,文九巴,等.化学世界[J],2009,01:57-60.中报道采用真空蒸镀Ni并分别在600、650和700℃下热处理制备了颗粒大小在56~81nm之间NiO薄膜。在600℃氧化2h得到的NiO薄膜的电化学性能最好,首次可逆放电比容量为850mAh/g,5次循环后可逆比容量仍有672mAh/g。且NiO薄膜的可逆容量随着电流密度的增加逐渐降低。在0.01mA/cm2电流密度下,100次循环后容量保持率仍为70%,可逆容量为480mAh/g;而以0.08mA/cm2电流密度时相同次数循环后容量保持率为65%,可逆容量为440mAh/g。该法制备的NiO薄膜虽然在大电流密度下容量衰减不很明显,但可逆比容量较低。为提高薄膜的可逆比容量,赵胜利,文九巴,张玉兰,等.化学通报[J],2006,1:62-65.;Wang Y,Qin Q Z.J Electrochem[J],2002,149(7):A873-A878.;王英,秦启宗.高等学校化学学报[J],2002,23(11):2043-2045.均报道采用脉冲激光沉积(PLD)技术在不锈钢基片上制备了表面均匀,颗粒成球形,粒径平均尺寸为30nm的NiO薄膜。在0.01mA/cm2的电流密度下,100次循环后可逆容量高达800mAh/g,在0.1mA/cm2的电流密度下相同循环次数后可逆比容量仍有600mAh/g。由于PLD技术制备的NiO薄膜颗粒较小,分布均匀、与基片结合紧密且无缺陷,在循环过程中可使Li+均匀的嵌入与脱嵌,从而使该纳米NiO薄膜具有良好的循环性,能够承受大电流密度的充放电。
针对NiO的充放电特点,若想提高其大电流条件下的循环性能,必须提高其电子电导率以及克服在充放电过程中金属Ni纳米粒子的团聚。为此,许多研究小组均尝试了掺杂的方法,并取得了令人满意的效果。然而,不同元素掺杂时其作用机理又存在一定的差异。
赵胜利,文九巴,祝要民,等.应用化学[J],2006,23(5):494-497.报道了无定形碳掺杂制备的NiO-C纳米材料,虽然首次可逆容量不足1000mAh/g,比纯NiO(1190mAh/g)稍低,但经过40次循环后可逆放电比容量仍有429mAh/g;在2C下首次放电比容量可达374mAh/g,4C时为380mA/g,均远高于纯NiO。可见,虽然首次放电比容量有所降低,但循环性能和大电流密度时的放电比容量却得到显著的提高。这是由于C的掺杂使活性材料的比表面积降低,在放电过程中形成的SEI膜较少,从而使附加容量较低,所以放电容量比纯NiO低。但C掺杂可提高NiO的电导率、抑制在循环过程中活性材料的团聚,从而使NiO的循环性能得到较好的改善。
Huang X H,Tu J P,Zhang B,et al.J Power Sources[J],2006,161:541-544.报道了以Ni(NO3)2·6H2O和NH4HCO3为原料制备了Ni2(OH)2CO3前驱体,在空气气氛中制备的具有少量金属Ni掺杂的NiO-Ni纳米晶,在相同条件下充放电,首次放电比容量达1152.4mAh/g,经过50次循环后可逆比容量仍在700mAh/g以上,远高于相同条件下纯NiO的电化学性能。可见,在纳米NiO中掺杂一定量的金属Ni得到NiO-Ni纳米复合材料,电化学性能也得到较大的提高,但掺杂机理却与C掺杂有着本质的不同。金属Ni的掺杂不仅提高了活性材料的电子电导率,更重要的是为Li+嵌入提供了晶格缺陷同时加速Li2O和部分SEI膜的分解,从而提高了纳米NiO的首次放电比容量和循环性能。除了C、Ni的掺杂,Mg掺杂即MgO和NiO复合物的研究也有报道。其中Mg2+在NiO晶格中的存在抑制了Ni2+的还原,从而使比容量稍有下降,然而由于在充放电过程中MgO相对于Li而言表现为“惰性”。因此,颗粒较小且分布均匀MgO的存在将大大抑制了充放电过程中纳米粒子Ni的团聚长大,从而可以克服电极在充放电过程中产生较大的应力导致活性材料发生粉末化脱落,进一步可提高其大电流充放电稳定性和循环性能。Ying Wang,Ya-Fei Zhang,Hai-Rong Liu,et al.Electrochimica Acta[J],2003,48:4253–4259.报道了采用脉冲激光烧蚀法制备了MgO包覆的纳米NiO薄层,首次放电比容量为700mAh/g,150次循环后容量衰减很少,可逆比容量为650mAh/g。尽管Mg掺杂可以有效改善NiO的循环性能,但由于较低的比容量使得最近对其研究较少。
基于以上问题的存在,亟需研发一种既能够防止NiO团聚又能提高负极材料大电流充放电稳定性和循环性能的负极材料的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法,大大提高负极材料大电流充放电稳定性和循环性能。
本发明所述的锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法是利用水热法制备,先采用水热法制备纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2,然后选用葡萄糖作为碳源,对Ni(OH)2/Mg(OH)2进行水热包覆。
具体步骤为:
(1)制备纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2
将Ni(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O、尿素溶于去离子水中,室温下搅拌均匀,然后反应得到沉淀物,洗涤,干燥,得到纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2;
(2)制备NiO/MgO/C复合负极材料
将步骤(1)得到的纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2加入到葡萄糖溶液中,搅拌,然后再反应,干燥,煅烧,得到NiO/MgO/C复合负极材料。
其中:
所述的NiO/MgO/C复合负极材料中Ni、Mg、C的摩尔比为2:1:2。
步骤(1)中,Ni(NO3)2·6H2O溶于去离子水后,Ni的摩尔浓度为0.1mol/L。
步骤(1)中,Ni、Mg的摩尔量之和与尿素的摩尔比为1:3。
步骤(1)中,反应温度为150-170℃,优选反应温度为160℃;反应时间为5.5-6.5h,优选反应时间为6h。
步骤(1)中,干燥温度为55-65℃,优选干燥温度为60℃;干燥时间为3.5-4.5h,优选干燥时间为4h。
步骤(1)中,洗涤时选用的洗涤剂为去离子水、无水乙醇。
步骤(2)中,搅拌时间为2.5-3.5h,优选搅拌时间为3h;搅拌温度为室温。
步骤(2)中,反应时间为3.5-4.5h,优选反应时间为4h;反应温度为170-190℃,优选反应温度为180℃。
步骤(2)中,干燥温度为55-65℃,优选干燥温度为60℃;干燥时间为22-26h,优选干燥时间为24h。
步骤(2)中,在氮气的保护下煅烧,煅烧温度为590-610℃,优选煅烧温度为600℃;煅烧时间为2.5-3.5h,优选煅烧时间为3h。
本发明以硝酸镍为镍源,硝酸镁为镁源,尿素为沉淀剂,以去离子水为溶剂,采用水热法制备纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2颗粒,使Ni(OH)2和Mg(OH)2均匀成核。选取葡萄糖为有机碳源对纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2颗粒进行包覆,使用均相反应器转动反应,避免纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2颗粒发生团聚。在水热反应的过程中Ni(OH)2/Mg(OH)2能够均匀分散,葡萄糖有效包覆在Ni(OH)2/Mg(OH)2颗粒表面。为使金属化合物晶型完好,提高负极材料的机械强度,最后在氮气保护下煅烧脱掉结合水得到NiO/MgO/C复合负极材料。
目前,影响NiO负极材料性能的主要因素是:NiO是半导体,电导率低;反复循环过程中锂离子进入NiO的晶格之中,导致很大的晶格畸变,由晶格畸变带来的体积膨胀加剧。NiO颗粒会发生团聚,导致材料失去活性。
本发明在内部和外部双重隔离NiO从而改善NiO电极的电化学性能。该复合材料是一种包覆结构的NiO复合材料。其是以具有高导电率和结构稳定的碳材料为壳层,包裹着纳米NiO和MgO颗粒,在电极反应时NiO的膨胀和收缩发生在四周的小区域内,并且不会产生NiO颗粒之间的自聚,使得电极内部结构稳定。
综上,本发明的NiO/MgO/C复合负极材料通过高导电性的碳材料的包覆提高复合负极材料的导电性,并确保负极材料结构的外部稳定性。该复合负极材料以具有高导电率和结构稳定的碳材料为壳层,包裹着纳米NiO/MgO颗粒。在反复循环过程中锂离子脱嵌,碳层内的NiO颗粒容易自聚,为防止NiO颗粒产生粉化团聚,在NiO颗粒周围加入MgO颗粒,MgO颗粒在充放电过程中不参与反应只充当一种屏障。在电极反应时NiO颗粒的膨胀和收缩发生在碳层内的小区域内,同时由于MgO颗粒在其中起到隔离作用,避免碳层内的NiO颗粒之间相互团聚,因此不会破坏基体材料,提高循环寿命。本发明采用金属氧化物与碳复合,通过改善NiO电极的结构稳定性以改善其作为锂离子负极材料时的电化学性能。本发明NiO/MgO/C复合负极材料的结构为锂离子的嵌入与脱出提供有效的通道,使NiO材料的储锂特性得到充分发挥。
本发明的有益效果如下:
本发明采用的碳材料本身具有良好的导电性,包覆高容量的NiO颗粒,提高了负极材料的整体导电性;另外,碳材料结构稳定,包覆在NiO颗粒表面,防止充放电过程中因NiO颗粒产生巨大的体积变化而造成NiO颗粒大量团聚,防止负极材料基体破坏,提高了负极材料的长循环性能和外部稳定性。NiO颗粒周围均匀分布着MgO颗粒,隔断了NiO颗粒的相互接触,防止了碳层内的NiO颗粒自聚,使负极材料的结构在内层和外层都保持稳定。本发明制备的负极材料为锂离子的嵌入与脱出提供有效的通道,使NiO材料的储锂特性得到充分发挥。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图;
图2是NiO/MgO/C复合负极材料和纯NiO负极材料的X射线衍射图;
其中S1:实施例1NiO/MgO/C复合负极材料,S2:对比例1NiO/MgO/C复合负极材料;
图3是NiO/MgO/C复合负极材料和纯NiO负极材料的循环性能图;
其中S1:实施例1NiO/MgO/C复合负极材料,S2:对比例1NiO/MgO/C复合负极材料;
图4是NiO/MgO/C复合负极材料和纯NiO负极材料的扫描电子显微镜图;
其中a、b:纯NiO负极材料的SEM图,c、d:实施例1中的NiO/MgO/C复合负极材料的SEM图,e、f:对比例1中的NiO/MgO/C复合负极材料的SEM图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
(1)制备纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2
将5.8gNi(NO3)2·6H2O和2.38gMg(NO3)2·6H2O和5.4g尿素溶于去离子水中,Ni的摩尔浓度为0.1mol/L,在室温下使用磁力搅拌器搅拌至均一溶液。将此溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中160℃反应6h,将得到沉淀物先后用去离子水、无水乙醇分别洗涤,再在60℃下干燥4h得到Ni(OH)2/Mg(OH)2。
(2)制备NiO/MgO/C复合负极材料
称取0.6g的Ni(OH)2/Mg(OH)2,加入到200ml浓度为0.05mol/L的葡萄糖水溶液中形成悬浊液,室温搅拌3h,将此悬浊液转移至聚四氟乙烯反应釜的均相反应器中,于180℃下反应4h,得到固体产物并于60℃下干燥24h,氮气气氛下600℃煅烧3h,得到Ni、Mg、C的摩尔比为2:1:2的NiO/MgO/C复合负极材料。
对比例1
将实施例1中葡萄糖水溶液的浓度由0.05mol/L改为0.1mol/L。
(1)制备纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2
将5.8g的Ni(NO3)2·6H2O和2.38gMg(NO3)2·6H2O和5.4g尿素溶于去离子水中,Ni的摩尔浓度为0.1mol/L,在室温下使用磁力搅拌器搅拌至均一溶液。将此溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中160℃反应6h,将得到沉淀物先后用去离子水、无水乙醇分别洗涤,再在60℃下干燥4h得到Ni(OH)2/Mg(OH)2。
(2)制备NiO/MgO/C复合负极材料
称取0.6g的Ni(OH)2/Mg(OH)2,加入到200ml浓度为0.1mol/L的葡萄糖水溶液中形成悬浊液,室温搅拌3h,将此悬浊液转移至聚四氟乙烯反应釜的均相反应器中,于180℃下反应4h,得到固体产物并于60℃下干燥24h,氮气气氛下600℃煅烧3h,得到NiO/MgO/C复合负极材料。
对实施例1、对比例1中的NiO/MgO/C复合负极材料和纯NiO负极材料进行X射线衍射(XRD),如图2所示。从图中可以看出,不同材料的衍射峰的位置基本一致,说明三种材料中含有共同的物质。纯NiO材料的XRD图谱中出现的位于37.2°、43.3°、62.7°、75.4°和79.5°处的5个衍射峰分别为纯NiO材料的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)衍射面,与NiO粉末衍射标准联合委员会(JCPDS)标准卡片(No.65-2901)符合。实施例1和对比例1中五个衍射峰位置与纯NiO材料五个衍射峰位置相同,说明这两种复合材料中含有NiO,位于37°、43°和62°处的2θ衍射峰,分别为MgO材料的(111)、(200)和(220)衍射晶面,与JCPDS标准卡片(No.65-0476)符合。图中没有发现碳的衍射峰,说明复合材料中的碳是无定形碳。从图中可以看出,不同材料的衍射峰的强度不同,纯NiO的峰强度最大,其次是实施例1中的峰强度,对比例1的峰强度最弱,而且对比例1材料在44.1°、51.4°和75.9°处有微弱的峰,比对JCPDS标准卡片(No.04-0850),分别为金属Ni的(111)、(200)、(220)峰,说明在煅烧的过程中过多的碳将NiO还原成Ni单质。并且对比三种材料的衍射峰强度,含碳量多的复合物峰强度弱一些,原因是无定形碳附着在材料表面使晶体强度减弱。
对实施例1、对比例1中的NiO/MgO/C复合负极材料和纯NiO负极材料进行循环性能测试,如图3所示。从图中可以看出,在电流密度为100mA/g的条件下对负极材料进行前50次循环测试,纯NiO材料的放电比容量在前20次循环中一直快速衰减,相对于第2次放电,第50次循环放电比容量损失99.9%,循坏性能差,主要原因是NiO材料电导率低和在充放电过程中颗粒的粉化,结构坍塌。相对纯NiO材料,实施例1和对比例1材料的放电比容量衰减缓慢,实施例1循环50次后放电比容量(337.7mAh/g)相对于第2次放电比容量(424.3mAh/g)衰减率仅为28.5%,而对比例1材料在第50次循环后放电比容量(189.8mAh/g)相对于第2次放电比容量(465.3mAh/g)损失率为59.2%。相比较三种材料的循环性能,实施例1材料的循环性能最好,对比例1次之,纯NiO材料的循环稳定性最差,说明包覆的无定形碳提高了电导率,并在一定程度上缓冲了NiO材料的变形,而碳含量过高过厚也阻挡了离子之间的传递,因此相对于实施例1材料,对比例1材料的放电比容量衰减快速。
对实施例1、对比例1中的NiO/MgO/C复合负极材料和纯NiO负极材料进行电子扫描,如图4所示。其中a:标尺长度为1μm时纯NiO负极材料的SEM图、b:标尺长度为500nm时纯NiO负极材料的SEM图;c:标尺长度为1μm时实施例1中的NiO/MgO/C复合负极材料的SEM图、d:标尺长度为500nm时实施例1中的NiO/MgO/C复合负极材料的SEM图;e:标尺长度为1μm时对比例1中的NiO/MgO/C复合负极材料的SEM图、f:标尺长度为500nm时对比例1中的NiO/MgO/C复合负极材料的SEM图。由a、b图可以看出,纯NiO负极材料分布均匀、呈球状,平均粒径为50nm左右,说明用水热法成功制备出均匀的纳米级NiO。从c、d图中可以看出颗粒间呈不规则连接,颗粒之间形成蜂窝状空隙,颗粒间有充足的空隙供电解液浸入,增大了充放电过程中有效反应面积。颗粒结晶度比裸露的NiO弱,原因是无定形碳覆盖在颗粒表面,从而增强颗粒导电性,并有希望获得较大的充放电容量。从e、f图中可以看出,材料呈不规则颗粒状,内部的颗粒外层包覆了一层碳材料,并且部分碳材料相互粘连在一起。通过实施例1和对比例1两材料的颗粒大小对比发现,含碳量高的对比例1材料的颗粒尺寸较大,是因为水热反应时葡萄糖浓度较高,在其表面包覆过多的碳而导致材料的颗粒较大。
Claims (10)
1.一种锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法,其特征在于:先采用水热法制备纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2,然后选用葡萄糖作为碳源,对Ni(OH)2/Mg(OH)2进行水热包覆。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法,其特征在于:Ni、Mg、C的摩尔比为2:1:2。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)制备纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2
将Ni(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O、尿素溶于去离子水中,室温下搅拌均匀,然后反应得到沉淀物,洗涤,干燥,得到纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2;
(2)制备NiO/MgO/C复合负极材料
将步骤(1)得到的纳米Ni(OH)2/Mg(OH)2加入到葡萄糖溶液中,搅拌,然后再反应,干燥,煅烧,得到NiO/MgO/C复合负极材料。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,Ni(NO3)2·6H2O溶于去离子水后,Ni的摩尔浓度为0.1mol/L。
5.根据权利要求3所述的锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,Ni、Mg的摩尔量之和与尿素的摩尔比为1:3。
6.根据权利要求3所述的锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,反应温度为150-170℃,反应时间为5.5-6.5h;干燥温度为55-65℃,干燥时间为3.5-4.5h。
7.根据权利要求3所述的锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,洗涤时选用的洗涤剂为去离子水、无水乙醇。
8.根据权利要求3所述的锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,搅拌时间为2.5-3.5h,搅拌温度为室温;反应时间为3.5-4.5h,反应温度为170-190℃。
9.根据权利要求3所述的锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,干燥温度为55-65℃,干燥时间为22-26h。
10.根据权利要求3所述的锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,在氮气的保护下煅烧,煅烧温度为590-610℃,煅烧时间为2.5-3.5h。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710616814.1A CN107369824B (zh) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | 锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710616814.1A CN107369824B (zh) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | 锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107369824A true CN107369824A (zh) | 2017-11-21 |
CN107369824B CN107369824B (zh) | 2019-12-13 |
Family
ID=60307051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710616814.1A Active CN107369824B (zh) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | 锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107369824B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109713276A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-03 | 河北师范大学 | 一种复合电极材料及其制备方法 |
CN111268748A (zh) * | 2020-02-21 | 2020-06-12 | 桂林理工大学 | 一种优化α-Ni(OH)2材料储锂性能的方法 |
CN113346057A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-09-03 | 贵州理工学院 | 一种基于材料改性技术的锂电池电性能改进及测试方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102544454A (zh) * | 2010-12-14 | 2012-07-04 | 北京有色金属研究总院 | 具有纳米花瓣结构的多相氢氧化镍制备方法 |
CN102956879A (zh) * | 2012-12-06 | 2013-03-06 | 山东轻工业学院 | 一种新型叶镶嵌状纳米复合材料的制备方法 |
CN102983308A (zh) * | 2012-12-17 | 2013-03-20 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 碳纳米管阵列/氧化镍纳米颗粒同轴复合负极材料及其制备方法 |
CN105033241A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-11-11 | 北京化工大学 | 一种超薄金属镍纳米片、其制备方法和作为电极材料的应用 |
CN106449142A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-02-22 | 东华大学 | 一种硫化钼/氧化镍复合材料及其制备方法和应用 |
CN106711419A (zh) * | 2017-01-05 | 2017-05-24 | 山东理工大学 | 核‑壳状的NiO/C多孔复合锂离子电池负极材料 |
-
2017
- 2017-07-26 CN CN201710616814.1A patent/CN107369824B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102544454A (zh) * | 2010-12-14 | 2012-07-04 | 北京有色金属研究总院 | 具有纳米花瓣结构的多相氢氧化镍制备方法 |
CN102956879A (zh) * | 2012-12-06 | 2013-03-06 | 山东轻工业学院 | 一种新型叶镶嵌状纳米复合材料的制备方法 |
CN102983308A (zh) * | 2012-12-17 | 2013-03-20 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 碳纳米管阵列/氧化镍纳米颗粒同轴复合负极材料及其制备方法 |
CN105033241A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-11-11 | 北京化工大学 | 一种超薄金属镍纳米片、其制备方法和作为电极材料的应用 |
CN106449142A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-02-22 | 东华大学 | 一种硫化钼/氧化镍复合材料及其制备方法和应用 |
CN106711419A (zh) * | 2017-01-05 | 2017-05-24 | 山东理工大学 | 核‑壳状的NiO/C多孔复合锂离子电池负极材料 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
YANGYANG FENG 等: ""Targeted synthesis of novel hierarchical sandwiched NiO/C arrays as high-efficiency lithium ion batteries anode"", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 * |
YING WANG 等: ""Nanocrystalline NiO thin film anode with MgO coating for Li-ion batteries"", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 * |
鲁杰: ""水热法合成NiO-MgO 纳米粒子的正交试验研究"", 《教育现代化》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109713276A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-03 | 河北师范大学 | 一种复合电极材料及其制备方法 |
CN111268748A (zh) * | 2020-02-21 | 2020-06-12 | 桂林理工大学 | 一种优化α-Ni(OH)2材料储锂性能的方法 |
CN111268748B (zh) * | 2020-02-21 | 2023-04-07 | 桂林理工大学 | 一种优化α-Ni(OH)2材料储锂性能的方法 |
CN113346057A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-09-03 | 贵州理工学院 | 一种基于材料改性技术的锂电池电性能改进及测试方法 |
CN113346057B (zh) * | 2021-05-18 | 2023-03-14 | 贵州理工学院 | 一种基于材料改性技术的锂电池电性能改进及测试方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107369824B (zh) | 2019-12-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106564967B (zh) | 富锂锰基正极材料前驱体、正极材料及其制备方法 | |
CN107611359A (zh) | 锂离子电池Ni‑NiO/石墨烯复合负极材料的制备方法 | |
CN108346521A (zh) | 泡沫镍负载的海胆状钴酸铜纳米材料的制备方法 | |
CN105070888A (zh) | 偶联的碳纳米管-石墨烯复合三维网络结构包覆的三元材料及其制备方法 | |
CN106711432B (zh) | 一种三维网状结构MoO2纳米材料及其制备和应用 | |
CN105336940B (zh) | 一种钛酸钠纳米线/石墨烯复合负极材料及其制备方法 | |
CN106711419B (zh) | 核-壳状的NiO/C多孔复合锂离子电池负极材料 | |
CN106129377B (zh) | 一种三氧化二铁/石墨烯复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池 | |
CN105845904B (zh) | 一种钠离子电池金属氧化物/聚吡咯空心纳米管负极复合材料及其制备方法 | |
CN108892169A (zh) | 层状镁离子预嵌入的Mg0.3V2O5·1.1H2O纳米材料及其制备方法和应用 | |
CN111554912A (zh) | 一种锡@碳@二硫化钼卵黄-壳结构锂离子电池负极复合材料及其制备方法 | |
CN110707301A (zh) | 一种具有纳米球结构的三氧化二钒/碳复合材料及其制备方法和应用 | |
CN105070923B (zh) | 纳米结构的Co3O4/Ru复合电极及其制备方法和应用 | |
CN108288703A (zh) | 一种石墨烯包覆掺氟钛酸锂纳米线的制备方法及其应用 | |
CN106971855A (zh) | 一种铁酸镍纳米颗粒电极材料及制备方法和用途 | |
CN102107906B (zh) | 一种钛酸锂材料的制备方法 | |
CN107369824A (zh) | 锂离子电池NiO/MgO/C复合负极材料的制备方法 | |
CN110416489A (zh) | 纳米颗粒组装的纳米纤维储钠正极材料制备及应用方法 | |
CN103078120A (zh) | 一种具有等级结构的硅酸亚铁锂锂离子电池正极材料及制备方法 | |
CN110190265A (zh) | 一种锑-三氧化二锑/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法 | |
CN107140608A (zh) | 一种超声波辅助水热制备钠离子电池负极用超分散硒化锑纳米线的方法 | |
CN104658771A (zh) | 一种海胆状钒基纳米电极材料的制备方法及应用 | |
CN114243007A (zh) | 一种二硫化镍/碳纳米管复合电极材料及制备方法和应用 | |
CN106848256A (zh) | 一种镍铁电池用核双壳结构负极纳米材料及其制备方法和应用 | |
CN106887580B (zh) | 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |