CN107681141B - 一种碳包覆硼酸镍纳米棒的钠离子电池负极材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种碳包覆硼酸镍纳米棒的钠离子电池负极材料。其中碳包覆硼酸镍纳米棒的制备具体为：将乙酸镍、硼酸、柠檬酸溶解混合，放入恒温干燥箱中，100‑200℃恒温8‑12 h，将得到的粉末煅烧得到Ni3B2O6纳米棒材料；再将其与离子液体充分混合，放入管式炉中Ar氛围下反应，得到了黑色粉末，用HCl清洗除去单质镍；干燥，得到碳包覆的硼酸镍纳米材料。本发明制得的材料具有相对较高的比容量和优异的循环稳定性，其成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种碳包覆硼酸镍纳米棒的钠离子电池负极材料。
背景技术
钠是地球上储量较丰富的元素之一，与锂的化学性能类似，因此也可以适用锂离子电池体系。钠离子电池相比锂离子电池有诸多优点，如成本低，安全性好，随着研究的深入，钠离子电池越来越具有成本效益，并有望在未来取代锂离子电池而被广泛应用。当前，钠离子电池因缺乏匹配合适的负极材料而制约其实际应用，开发性能优异的钠离子电池负极材料是当前该领域的研究热点和重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的钠离子电池负极材料碳包覆硼酸镍纳米棒，这种材料具有较高的储钠容量和优异的倍率性能，具有良好的应用价值。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
Ni3B2O6纳米材料的制备：将0.5-0.8 g乙酸镍、0.1-0.3 g硼酸、2-4 g柠檬酸溶解在40-70 ml的去离子水中，磁力搅拌2-5 h之后将装有该溶液的烧杯放入恒温干燥箱中，100-200℃恒温8-12 h，反应结束后将得到的粉末放入马弗炉中600-800℃煅烧2-6 h后得到Ni3B2O6纳米棒材料。
碳包覆Ni3B2O6纳米材料的制备：将得到的Ni3B2O6材料1-3 g与离子液体（1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐）100-700 µL进行充分混合，再将其研磨好的样品放入管式炉中Ar氛围下400-700℃保温2-5 h，反应结束后得到了黑色粉末，收集该粉末用1-3 M的HCl清洗1h，除去单质镍；最后将样品干燥，得到的最终为黑色的样品就是碳包覆的硼酸镍纳米材料。
钠离子电池组装：按质量比计，碳包覆Ni3B2O6纳米棒：阿拉伯树胶GA：乙炔黑＝75-80：10-20：10-15，混合研磨后均匀地涂在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，其中氧气和水分含量均低于1ppm。
本发明的显著优点在于：
本发明提供了一种新型材料碳包覆Ni3B2O6纳米棒在钠离子电池负极材料中的应用，并表现出相对较高的比容量和优异的循环稳定性。其成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为碳包覆硼酸镍纳米棒的XRD图；
图2中a图为纯硼酸镍粉末SEM图；b图为碳包覆硼酸镍纳米棒SEM图；
图3为碳包覆硼酸镍纳米棒钠离子电池充放电曲线；
图4为碳包覆硼酸镍纳米棒钠离子电池倍率性能图。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
Ni3B2O6纳米棒的制备：将0.5-0.8 g乙酸镍、0.1-0.3 g硼酸、2-4 g柠檬酸溶解在40-70 ml的去离子水中，磁力搅拌2-5 h之后将装有该溶液的烧杯放入恒温干燥箱中，100-200℃恒温8-12 h，反应结束后将得到的粉末放入马弗炉中600-800℃煅烧2-6 h后得到Ni3B2O6纳米棒材料。
碳包覆Ni3B2O6纳米材料的制备：将得到的Ni3B2O6材料1-3 g与离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐100-700 µL进行充分混合，再将其研磨好的药品放入管式炉中Ar氛围下400-700℃保温2-5 h，反应结束后得到了黑色粉末，收集该粉末用1-3 M的HCl清洗1 h，除去单质镍；最后将药品干燥，得到的最终为黑色的药品就是碳包覆的硼酸镍纳米材料。
钠离子电池组装：碳包覆Ni3B2O6纳米棒：GA：乙炔黑＝75-80：10-20：10-15混合研磨后均匀地涂在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，其中氧气和水分含量均低于1ppm。
图1为本发明碳包覆硼酸镍XRD图，各个峰都与硼酸镍XRD标准卡片（JCPDS card22-0745）一致，说明该材料为纯相的Ni3B2O6。图2为Ni3B2O6碳包覆前后的SEM图。从图2中a图可以看出该材料呈纳米棒状，长度为300 nm~800 nm。从图2中b图可以清晰地看到纳米棒上有包覆了一层碳，这说明碳均匀地包覆在Ni3B2O6纳米棒上。图3是该材料组装而成的钠离子电池在100 mAg-1的充放电曲线，其首次放电容量达655 mAhg-1，首次充电容量达429 mAhg-1，其库伦效率达到65.4%。图4是碳包覆Ni3B2O6纳米棒的倍率性能图，在电流密度为100、200、500、1000和2000 mAg-1的电流密度下，对应的充电容量为429、370、334、290和220mAhg-1。由此可看出该材料表现出了相对较高的比容量，以及其良好的倍率性能。当再次回到100 mAg-1时，其容量再次回复到420 mAhg-1。这也说明了经过碳包覆以后，其稳定性得到了很大提高。通过此方法合成出来的碳包覆Ni3B2O6纳米棒，作为钠离子电池负极材料，结果表明其具有良好的性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种碳包覆硼酸镍纳米棒的钠离子电池负极材料，其特征在于：具体制备步骤为：
（1）Ni3B2O6纳米材料的制备：将0 .5-0 .8 g乙酸镍、0 .1-0 .3 g硼酸、2-4 g柠檬酸溶解在
40-70 ml的去离子水中，磁力搅拌2-5 h之后将装有该溶液的烧杯放入恒温干燥箱中反应，
反应结束后将得到的粉末放入马弗炉中600-800℃煅烧2-6 h后得到Ni3B2O6纳米棒材料；
（2）碳包覆Ni3B2O6纳米材料的制备：将得到的Ni3B2O6材料1-3 g与离子液体100-700µL
进行充分混合，再将其研磨好的药品放入管式炉中Ar氛围下煅烧，反应结束后得到了黑色
粉末，收集该粉末用1-3 M的HCl清洗1 h，除去单质镍；最后将药品干燥，得到的最终为黑色的药品就是碳包覆的硼酸镍纳米材料；
（3）钠离子电池组装：按质量比计，碳包覆Ni3B2O6纳米粒子：阿拉伯树胶GA：乙炔黑＝75-80：10-20：10-15，然后混合研磨后均匀地涂在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溶液；电池组装在氩气保护下手套箱里进行，其中氧气和水分含量均低于1ppm;
步骤（1）中恒温干燥箱内反应条件为：100-200℃恒温8-12 h; 步骤（2）中的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐；步骤（2）中在管式炉中煅烧条件为400-700℃，反应2-5 h。
2.根据权利要求1所述的一种碳包覆硼酸镍纳米棒的钠离子电池负极材料，其特征在
于：步骤（3）中EC与DEC的体积比为1:1。
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