CN109004189A - 一种煅烧含离子液体的镍化合物制备锂电池负极材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煅烧含离子液体的镍化合物制备锂电池负极材料的方法。制备过程：分别选取1‑丁基‑3‑甲基咪唑氯盐、1‑丁基‑3‑甲基咪唑溴盐、1‑丁基‑2,3‑二甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种离子液体，硝酸镍、乙酸镍、氯化镍、氢氧化镍中的一种镍的化合物，称取并按一定质量比置于烧杯中，依次加入水和乙醇，磁力搅拌20～40min，使其混合均匀，然后转入坩埚中，置于马弗炉中在100～800℃下煅烧1～3h。将煅烧后的材料自然冷却至室温，均匀研磨20～40min，得到活性物质，即锂电池负极材料。本发明所制备的锂电池负极材料在100mAg‑1电流密度下的首次放电比容量达到590mAhg‑1，且在100mAg‑1电流密度下经过20圈循环后的容量依然保持在320 mAhg‑1，说明该物质可作为锂电池负极材料使用。

Description

一种煅烧含离子液体的镍化合物制备锂电池负极材料的方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池材料的制备方法，特别是一种煅烧含离子液体的镍化合物制备锂电池负极材料的方法，属于能源材料技术领域。
背景技术
被誉为“21世纪最具竞争力动力电源”的锂离子二次电池，简称锂电池，因其具有电压高、能量高、质量轻、循环寿命长、无记忆效应等优点，已在便携式电子产品等领域得到了广泛的应用。目前，石墨类碳材料由于具有成本低等优势一直占据着整个锂离子电池负极材料市场的主导地位。随着电动汽车产业的不断发展，对下一代锂离子电池的能量密度、功率密度、寿命等提出了更高的要求。然而研究发现，目前锂离子电池中使用的负极材料存在的理论比容量低和较差的安全性，极大地限制了高能量密度锂电池的发展。因此开发新型的锂电池负极材料以取代石墨负极就成为了锂电池研究领域的一项重要研究内容。目前已经开发出几种锂电池负极材料，如钛酸锂、单质硅和一些金属氧化物等。然而研究发现，虽然钛酸锂的放电平台较高，安全性较好，但其具有功率密度低以及制备成本较高等不足。单质硅的制备成本低，但其在充放电过程中会较大的体积收缩，硅作为锂电池负极材料的循环稳定性较差。同时，研究发现虽然金属氧化物也可用作为锂电池负极材料使用，但其电导率低，阻碍了锂离子的嵌入和脱出，造成锂电池电容和循环性的低下。开发新型的锂电池负极材料仍是目前锂电行业的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煅烧含离子液体的镍化合物制备锂电池负极材料的方法，制备工艺简单，原材料价格低廉，所制备的材料在一定的充放电电流下具有一定的容量并显示出良好的循环稳定性。
具体的，本发明给出的煅烧含离子液体的镍化合物制备锂电池负极材料的方法，包括以下步骤：
（1）材料的准备
分别选取离子液体和镍的化合物，称量备用；
（2）活性物质的制备
分别称取离子液体和镍的化合物，共同置于一烧杯中，并使离子液体与镍的化合物的质量比在（0.1～1）：（1～5），再依次加入适量水和乙醇。磁力搅拌20～40min，使其混合均匀，然后转入坩埚中，置于马弗炉中直接在100～800℃下煅烧1～3h，将煅烧后的材料自然冷却至室温，均匀研磨20～40min，即得到活性物质。
经实验证实，所制备的活性物质可作为锂电池负极材料使用，且取得了良好的应用效果。
本发明的方法中，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种；镍的化合物为硝酸镍、乙酸镍、氯化镍、氢氧化镍中的一种。
本发明取得的有益效果如下：用简单的方法制备出一种价格低廉具有一定容量的锂电池负极材料。该材料在100mAg-1电流密度下的首次放电容量将近590 mAhg-1，且在100mAg-1电流密度下经过20圈循环后的容量依然保持在320 mAhg-1。这说明该材料可作为锂电池负极材料使用，具有巨大的潜在应用前景。
附图说明
图1为制备的活性物质与单质锂片构成的半电池，在100mAg-1电流密度下的首次充放电曲线图。
图2为制备的活性物质与单质锂片构成的半电池，在100mAg-1电流密度下的放电比容量循环图。
图3为制备的活性物质的SEM图。
图4为制备的活性物质的EDS图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明。
实施例1
称取离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐0.2g，氯化镍4g，共同置于一烧杯中，再依次加入10mL水和10mL乙醇。磁力搅拌30min，使其混合均匀，转入坩埚中，置于马弗炉中直接在400℃下煅烧1h。将煅烧后的材料自然冷却至室温后，均匀研磨25min，即得到锂电池负极材料，简称为活性物质。
将m（活性物质粉末）：m（乙炔黑）：m（聚偏氟乙烯）=8:1:1称量并在玛瑙研钵中混合均匀，之后滴加适量的N-甲基吡咯烷酮调制成膏，用玻璃片均匀地压抹在铜箔上放入真空干燥箱中抽真空，进行加热干燥。降温后作为半电池正极，锂片为负极，用聚丙烯2400作为隔膜，电解液为DMC+EC+ EMC+VC +1M LiPF6。在充满高纯氮气的手套箱（南京南大仪器厂ZKX型）中组装成半电池。
图1为制备的活性物质与单质锂片构成的半电池，在100mAg-1电流密度下的首次充放电曲线。可见，在100mAg-1电流密度下的首次放电比容量达到590mAhg-1，远高于石墨的理论比容量。
图2为制备的活性物质与单质锂片构成的半电池，在100mAg-1电流密度下的放电比容量循环图。可见，经过循环20圈后，电池容量维持在320mAhg-1。
图3为制备的活性物质放大2万的SEM照片。从照片中可以看出，样品是由很多的立方颗粒构成，且颗粒比较均匀。
图4为制备的活性物质的EDS图谱。可见，所制备的活性物质有碳氧镍元素构成，碳氧镍的原子含量大约为60%，27% 和13%。这样，所制备的样品既不是氧化镍（NiO）也不是三氧化二镍(Ni2O3), 是一种全新的复合材料。
实施例2
称取离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐1g，硝酸镍5g，共同置于一烧杯中，再依次加入10mL水和10mL乙醇。磁力搅拌30min，使其混合均匀，转入坩埚中，置于马弗炉中直接在250℃下煅烧3h。将煅烧后的材料自然冷却至室温后，均匀研磨30min，即得到锂电池负极材料，简称为活性物质。
实施例3
称取离子液体1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐0.5g，氢氧化镍3g，共同置于一烧杯中，再依次加入10mL水和10mL乙醇。磁力搅拌25min，使其混合均匀，转入坩埚中，置于马弗炉中直接在200℃下煅烧3h。等将煅烧后的材料自然冷却至室温后，均匀研磨28min，即得到锂电池负极材料，简称为活性物质。
实施例4
称取离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐0.5g，乙酸镍2g，共同置于一烧杯中，再依次加入10mL水和10mL乙醇。磁力搅拌30min，使其混合均匀，转入坩埚中，置于马弗炉中直接在600℃下煅烧2h。将将煅烧后的材料自然冷却至室温后，均匀研磨30min，即得到锂电池负极材料，简称为活性物质。
实施例5
称取离子液体1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐1g，氢氧化镍1.5g，共同置于一烧杯中，再依次加入10mL水和10mL乙醇。磁力搅拌30min，使其混合均匀，转入坩埚中，置于马弗炉中直接在500℃下煅烧2h。将煅烧后的材料自然冷却至室温后，均匀研磨25min，即得到锂电池负极材料，简称为活性物质。
实施例6
称取离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐0.5g，乙酸镍1g，共同置于一烧杯中，再依次加入10mL水和10mL乙醇。磁力搅拌30min，使其混合均匀，转入坩埚中，置于马弗炉中直接在700℃下煅烧2h。将煅烧后的材料自然冷却至室温后，均匀研磨30min，即得到锂电池负极材料，简称为活性物质。

Claims (2)

1.一种煅烧含离子液体的镍化合物制备锂电池负极材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）材料的准备
分别选取离子液体和镍的化合物，称量备用；
（2）活性物质的制备
分别称取离子液体和镍的化合物，共同置于一烧杯中，并使离子液体与镍的化合物的质量比在（0.1～1）：（1～5），再依次加入适量水和乙醇,磁力搅拌20～40min，使其混合均匀，然后转入坩埚中，置于马弗炉中直接在100～800℃下煅烧1～3h，将煅烧后的材料自然冷却至室温，均匀研磨20～40min，得到活性物质，即锂电池负极材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：离子液体是1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种；镍的化合物是硝酸镍、乙酸镍、氯化镍、氢氧化镍中的一种。
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