CN109755543B - 一种钠离子电池负极材料及其制备方法 - Google Patents

一种钠离子电池负极材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氧化镍‑硫化镍复合物与石墨烯复合而成的钠离子电池负极材料及其制备方法。该复合材料具有双层空心球结构，其制备过程首先制备氧化镍双层空心球，再将其部分硫化得到氧化镍‑硫化镍复合物，随后利用喷雾干燥将其与石墨烯复合制备而成。本发明所涉及的复合材料可提供更多的氧化活性位点，在高电流密度下获得更高的比容量，缩短电子和电荷的传输路径，缓解在充放电过程中材料的膨胀，加上良好的机械性能使得该材料拥有良好的循环寿命。本发明将石墨烯与氧化镍‑硫化镍空心球复合，既能够增强负极材料导电性，又能够缓解活性物质在充放电过程中的体积膨胀，提高钠离子电池电化学性能。

Description

一种钠离子电池负极材料及其制备方法
技术领域
本发明的技术方案涉及一种氧化镍-硫化镍复合物与石墨烯复合而成的钠离子电池负极材料及其制备方法，具体涉及一种先制备氧化镍双层空心球，再将其部分硫化得到氧化镍-硫化镍复合物，随后利用喷雾干燥将其与石墨烯复合制备而成，属材料化学领域。
背景技术
在众多的能量存储设备中，锂离子电池因具有高能量密度和长循环寿命等优点，已迅速成为了便携式电子设备的重要电源。然而，对于大规模的能量存储，比如电动汽车和电网等相关应用，锂离子电池却面临着巨大挑战，主要原因是锂的储量非常有限(在地壳仅占0.002％)，致使锂离子电池价格昂贵，很大程度上制约着锂离子电池的大规模应用。因此，发展用于大规模储能的新型储能技术已成为迫切的需求。
钠与锂为同一主族元素，具有非常相似的电化学性质，钠离子电池也能实现可逆充放电过程，而且钠的储量非常高(在地壳中约占2 .74％)，因此，钠离子电池具有钠资源丰富和成本低廉的突出优势，被认为是今后在大规模储能领域可能替代锂离子电池的最佳候选。然而，与锂元素相比，钠元素的相对原子质量较高，导致其理论比容量偏低；同时Na+半径比Li+大(Na+半径：0.106nm，Li+半径：0.076nm)，使得Na+在电极材料中嵌入/脱嵌更难，造成电池的循环性能差，严重制约着钠离子电池的商业化应用。
发明内容
本发明针对现有钠离子电池比容量低，循环稳定性差等问题，提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种钠离子电池负极材料，该材料先制备氧化镍双层空心球，再将其部分硫化得到氧化镍-硫化镍复合物，随后利用喷雾干燥将其与石墨烯复合制备而成。
一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备氧化镍双层空心球：
将葡萄糖溶解于去离子水中，置于反应釜中进行水热反应，反应完成后随室温冷却，将所得悬浮液离心收集产物，用去离子水洗涤三次后，60℃下干燥得到碳球粉末备用。将碳球粉末和醋酸镍置于去离子水中，超声分散30～60分钟，磁力搅拌1～2小时，置于烘箱中60～80℃烘干，将所得产物置于管式炉中高温煅烧后随室温冷却制得氧化镍双层空心球。
（2）制备氧化镍-硫化镍复合材料：
将步骤（1）中制备的氧化镍双层空心球置于去离子水中，在搅拌条件下加入硫化钠和硫代乙醇酸，50～80℃下水浴加热6～12小时.离心收集产物，并用去离子水洗涤三次，置于烘箱中60～80℃干燥12～24小时收集氧化镍-硫化镍复合材料。
（3）制备石墨烯-氧化镍-硫化镍复合材料：
取步骤（2）中制备的氧化镍-硫化镍复合材料置于石墨烯水溶液中超声30～60分钟，将混合溶液通过喷雾干燥处理得到石墨烯-氧化镍-硫化镍复合微球。
进一步地，所述步骤（1）中制备碳球粉末所需葡萄糖质量为10～20g，去离子水体积为100～200mL，水热反应条件为反应温度180～200℃，反应时间2～4小时；
进一步地，所述步骤（1）中管式炉内反应物中各物质配比为碳球粉末1～2g，醋酸镍1～2g，去离子水40～60mL；高温煅烧的工艺条件为在空气条件下升温速度1～2℃/min，煅烧温度400～600℃，保温时间1～2小时；
进一步地，所述步骤（2）中制备氧化镍-硫化镍复合材料所需各物质配比为氧化镍双层空心球0.5～1g，去离子水100～200mL，硫化钠0.05～0.15g，硫代乙醇酸50～150μL；
进一步地，所述步骤（3）中的混合溶液里各物质含量为氧化镍-硫化镍复合材料1～2g，石墨烯水溶液50～100 mL，石墨烯水溶液浓度为1～2mg/mL；
本发明的有益技术效果如下：
（1）本发明制备的氧化镍具有双层空心球结构，且壳层上具有均匀孔道，作为钠离子电池负极材料时，双层空心球拥有杰出的结构优势，壳层上均匀的孔道确保了电解液可以方便地进入多壳层内部，使得电解液与活性物质充分的接触，提供更多的氧化活性位点，在高电流密度下获得更高的比容量。氧化镍双层空心球由氧化镍纳米片组成，壳壁很薄，缩短了电子和电荷的传输路径，且内部的自由体积可以缓解在充放电过程中材料的膨胀，加上材料良好的机械性能，空心结构材料拥有良好的循环寿命。本发明对制备得到的氧化镍进行部分硫化处理向钠离子电池负极材料中引入硫化镍，对硫化物的研究表明硫的存在可以缓冲金属与锂在合金化过程中的体积效应，进一步加强结构的稳定性,因此氧化镍与硫化镍协同作用共同提升钠离子电池的电化学性能。
（2）本发明通过喷雾干燥将石墨烯与氧化镍-硫化镍空心球复合，得到球状复合物，既将二者有机地结合起来，又增加了反应接触面积，为电子的快速转移提供了便利。而且石墨烯具有导电性优异、化学稳定性高、比表面积大、机械性能强和独特的二维多孔网络几何结构等卓越的特点，在负极材料中引入石墨烯，既能够增强负极材料导电性，又能够缓解活性物质在充放电过程中的体积膨胀，提高钠离子电池的整体电化学性能。
附图说明
图1为实施例1所制得的石墨烯-氧化镍-硫化镍复合钠离子电池负极材料用于电池时的放电比容量循环图。
图2为实施例1所制得的石墨烯-氧化镍-硫化镍复合钠离子电池负极材料用于电池时的倍率性能图。
具体实施方式
实施例1：
（1）制备氧化镍双层空心球：
将15g葡萄糖溶解于150mL去离子水中，置于反应釜中，在180℃下水热反应3小时，反应完成后随室温冷却。将所得悬浮液离心收集产物，用去离子水洗涤三次后，60℃下干燥得到碳球粉末备用。取1.5g碳球粉末，1.5g醋酸镍置于50mL去离子水中，超声分散30min，在磁力搅拌条件下搅拌2小时，随后置于烘箱中60℃烘干。然后将烘干所得产物置于管式炉中，在空气条件下以1℃/min的升温速度升温至500℃，保温1小时后随室温冷却。
（2）制备氧化镍-硫化镍复合材料：
取0.8g步骤（1）中制备的氧化镍双层空心球置于150mL去离子水中，在搅拌条件下加入0.1g硫化钠，80μL硫代乙醇酸，60℃下水浴加热8h.离心收集产物，并用去离子水洗涤三次，置于烘箱中60℃干燥12小时收集氧化镍-硫化镍复合材料。
（3）制备石墨烯-氧化镍-硫化镍复合材料：
取步骤（2）中制备的氧化镍-硫化镍复合材料1g，置于80mL石墨烯水溶液中，石墨烯水溶液浓度为1mg/mL,超声30分钟。将混合溶液通过喷雾干燥处理得到石墨烯-氧化镍-硫化镍复合微球。
图1为实施例1制得的石墨烯-氧化镍-硫化镍复合钠离子电池负极材料在200mA/g条件下的放电比容量循环图。由该图可见，在200mA/g电流密度下，该钠离子电池负极材料在第一次循环中放电比容量高达885mAh/g，随着循环的不断进行，电池比容量不断下降，循环50圈之后仍有512mAh/g，反应出该负极材料具有卓越的电化学循环性能。
图2为实施例1所制得的石墨烯-氧化镍-硫化镍复合钠离子电池负极材料用于电池时的倍率性能图。由图可见，即使在2000mA/g的高电流密度下，所制备得到的钠离子电池仍然表现出341mAh/g的容量，而当电流密度重新降至200mA/g时，放电比容量又恢复至508mAh/g，这表明该负极材料具有优异的倍率性能。
实施例2：
（1）制备氧化镍双层空心球：
将10g葡萄糖溶解于100mL去离子水中，置于反应釜中，在180℃下水热反应2小时，反应完成后随室温冷却。将所得悬浮液离心收集产物，用去离子水洗涤三次后，60℃下干燥得到碳球粉末备用。取1g碳球粉末，1g醋酸镍置于40mL去离子水中，超声分散30min，在磁力搅拌条件下搅拌1小时，随后置于烘箱中60℃烘干。然后将烘干所得产物置于管式炉中，在空气条件下以1℃/min的升温速度升温至400℃，保温1小时后随室温冷却。
（2）制备氧化镍-硫化镍复合材料：
取0.5g步骤（1）中制备的氧化镍双层空心球置于100mL去离子水中，在搅拌条件下加入0.05g硫化钠，50μL硫代乙醇酸，50℃下水浴加热6h.离心收集产物，并用去离子水洗涤三次，置于烘箱中60℃干燥12小时收集氧化镍-硫化镍复合材料。
（3）制备石墨烯-氧化镍-硫化镍复合材料：
取步骤（2）中制备的氧化镍-硫化镍复合材料1g，置于50mL石墨烯水溶液中，石墨烯水溶液浓度为1mg/mL,超声30分钟。将混合溶液通过喷雾干燥处理得到石墨烯-氧化镍-硫化镍复合微球。
实施例3：
（1）制备氧化镍双层空心球：
将20g葡萄糖溶解于200mL去离子水中，置于反应釜中，在200℃下水热反应4小时，反应完成后随室温冷却。将所得悬浮液离心收集产物，用去离子水洗涤三次后，60℃下干燥得到碳球粉末备用。取2g碳球粉末，2g醋酸镍置于60mL去离子水中，超声分散60min，在磁力搅拌条件下搅拌2小时，随后置于烘箱中80℃烘干。然后将烘干所得产物置于管式炉中，在空气条件下以2℃/min的升温速度升温至600℃，保温2小时后随室温冷却。
（2）制备氧化镍-硫化镍复合材料：
取1g步骤（1）中制备的氧化镍双层空心球置于200mL去离子水中，在搅拌条件下加入0.15g硫化钠，150μL硫代乙醇酸，80℃下水浴加热12h.离心收集产物，并用去离子水洗涤三次，置于烘箱中80℃干燥24小时收集氧化镍-硫化镍复合材料。
（3）制备石墨烯-氧化镍-硫化镍复合材料：
取步骤（2）中制备的氧化镍-硫化镍复合材料2g，置于100mL石墨烯水溶液中，石墨烯水溶液浓度为2mg/mL,超声60分钟。将混合溶液通过喷雾干燥处理得到石墨烯-氧化镍-硫化镍复合微球。

Claims (6)

1.一种钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备氧化镍双层空心球：
将葡萄糖溶解于去离子水中，置于反应釜中水热反应，反应完成后随室温冷却，将所得悬浮液离心收集产物，用去离子水洗涤三次后，60℃下干燥得到碳球粉末备用；将碳球粉末和醋酸镍置于去离子水中，超声分散30～60分钟，磁力搅拌1～2小时，后置于烘箱中60～80℃烘干，然后将烘干所得产物置于管式炉中高温煅烧，随室温冷却制得氧化镍双层空心球；
所述高温煅烧的工艺条件为在空气条件下升温速度1～2℃/min，煅烧温度400～600℃，保温时间1～2小时；
（2）制备氧化镍-硫化镍复合材料：
将步骤（1）中制备的氧化镍双层空心球置于去离子水中，在搅拌条件下加入硫化钠和硫代乙醇酸，50～80℃下水浴加热6～12小时，离心收集产物，并用去离子水洗涤三次，置于烘箱中60～80℃干燥12～24小时收集氧化镍-硫化镍复合材料；
（3）制备石墨烯-氧化镍-硫化镍复合材料：
取步骤（2）中制备的氧化镍-硫化镍复合材料置于石墨烯水溶液中超声30～60分钟，将混合溶液通过喷雾干燥处理得到石墨烯-氧化镍-硫化镍复合微球。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中制备碳球粉末所需葡萄糖质量为10～20g，去离子水体积为100～200mL，水热反应条件为反应温度180～200℃，反应时间2～4小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述将碳球粉末和醋酸镍置于去离子水中是指将碳球粉末1～2g和醋酸镍1～2g置于去离子水40～60mL中。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中制备氧化镍-硫化镍复合材料所需各物质配比为氧化镍双层空心球0.5～1g，去离子水100～200mL，硫化钠0.05～0.15g，硫代乙醇酸50～150μL。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的混合溶液中各物质含量为氧化镍-硫化镍复合材料1～2g，石墨烯水溶液50～100 mL，石墨烯水溶液浓度为1～2mg/mL。
6.根据权利要求1-5任一项的制备方法制备得到的钠离子电池负极材料。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112133886B (zh) * 2020-08-12 2022-09-30 南昌航空大学 一种用于碱离子电池的原位一体化电极的制备方法及其应用
CN114105226B (zh) * 2020-08-28 2024-01-05 南京理工大学 镍钴锰硫化物@中空介孔碳球纳米复合材料及其制备方法
CN115072705B (zh) * 2022-03-01 2023-06-02 中国长江三峡集团有限公司 一种包裹二硫化镍纳米晶的类石墨烯炭材料及其应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103794762A (zh) * 2014-01-23 2014-05-14 上海海事大学 一种碳包覆不同种类纳米晶的低温氧化制备方法
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
WO2018125641A1 (en) * 2016-12-28 2018-07-05 Nanotek Instruments, Inc. Flexible and shape-conformal rope-shape alkali metal batteries

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010143793A1 (ko) * 2009-06-13 2010-12-16 경상대학교산학협력단 첨가제 및 금속 황화물을 포함하는 양극용 전극과 그 제조방법 및 이를 이용한 전지
CN103247777B (zh) * 2013-05-03 2015-10-21 中国科学院过程工程研究所 锂离子电池用四氧化三钴多壳层空心球负极材料及其制备方法
CN104261490B (zh) * 2014-09-22 2016-07-06 江苏师范大学 两步法制备硫化镍的方法
CN105762349B (zh) * 2016-01-29 2018-06-12 中国科学院过程工程研究所 基于阴离子吸附合成的多壳层金属氧化物空心球及其制备方法和用途
CN105914345B (zh) * 2016-05-10 2018-05-11 湖南大学 一种空心纳米过渡金属硫化物/碳复合材料及制备方法
CN107492452A (zh) * 2017-08-02 2017-12-19 河南师范大学 阵列状多级结构硫化钴镍/泡沫镍超级电容器电极的制备方法
CN109037640B (zh) * 2018-08-07 2021-04-27 河源广工大协同创新研究院 一种锂离子电池负极材料的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103794762A (zh) * 2014-01-23 2014-05-14 上海海事大学 一种碳包覆不同种类纳米晶的低温氧化制备方法
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
WO2018125641A1 (en) * 2016-12-28 2018-07-05 Nanotek Instruments, Inc. Flexible and shape-conformal rope-shape alkali metal batteries

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