CN111740088B - 一种锂离子电池负极的制备方法及其在锂离子电池中的应用 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，其包括如下步骤：(1)在碳布上制备二氧化硅纳米棒；(2)通过电化学沉积法在二氧化硅表面生长硫化钴镍；(3)将步骤(2)碳布置于NaOH溶液中刻蚀SiO2从而得到负载有空心的纳米管硫化镍钴的碳布；(4)将步骤(4)中的碳布随后置于HAuCl4溶液，超声处理后，微波辐射得空心状管硫化镍钴/Au纳米颗粒复合材料；制备工艺简单高效，将该负极材料应用于锂离子电池具有优异的循环性能和倍率性能。

Description

一种锂离子电池负极的制备方法及其在锂离子电池中的应用
技术领域
本发明属于电池技术领域。
背景技术
近年来随着3C数码产品、储能、通信及新能源汽车领域的迅速发展，人们对锂离子电池的性能要求越来越严苛。石墨负极和硅电极因为自身的缺陷使其使用范围受到一定限制，因此，有必要提供一种新型的高容量高循环的负极材料，以推动锂离子电池负极材料的发展。过渡金属硫化物作为新型负极材料，比容量性能高，然而，作为可充电锂离子电池负极时，其导电性差，而且在充放电循环中会造成大的体积变化和严重的容量衰减，这阻碍它在可充电电池方面的使用。因此，如何进一步改善其结构以提高其循环稳定性，对锂离子电池负极材料的研究具有重大的意义。
CN111293300A公开了一种锌钴硫化物/碳纳米负极材料及其制备方法，先制备得到ZIF-8,随后水热制备ZIF-8@ZIF-67；将其与碳前驱体混合制备ZIF-8@ZIF-67；将该产物与S高温煅烧得到锌钴硫化物/碳纳米负极材料；CN109768233A公开了一种锂离子电池NiCo2S4/石墨烯复合负极材料的制备方法，将树脂加入到催化剂金属盐溶液中，该金属盐溶液为镍盐溶液和钴盐溶液的混合物，搅拌，烘干、粉碎；加入造孔剂，在惰性气氛的保护下，高温处理，将产物与含硫化合物配制成混合溶液，进行水热反应，在惰性气氛的保护下，高温处理得到负极材料；上述方法一方面硫化物的结构不易控制，另一方面，整个工艺复杂，而且反应时间特别长，非常不利于工业化生产。
发明内容
本发明提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，该制备方法工艺简单，能耗低，成本低。
一种锂离子电池负极材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)制备二氧化硅纳米棒：将CTAB、柠檬酸钠、TEOS溶于有机溶剂丙醇和水的混合液中，随后加入氨水，超声分散，将混合液加入水热釜中，随后加入碳布作为基底，180-220摄氏度下反应3-4h以后得到负载有二氧化硅纳米棒的碳布；
(2)将硫脲和钴源、镍源先后溶解于去离子水中，超声混合，随后将步骤(1)的碳布加入其中，通过电化学沉积法在二氧化硅表面生长硫化钴镍，沉积结束后，将电极材料用去离子水和乙醇交替洗涤多次，烘干即可得到负载有硫化镍钴-SiO2复合材料的碳布；
(3)将步骤(3)碳布置于NaOH溶液中刻蚀SiO2从而得到负载有空心的纳米管硫化镍钴的碳布；
(4)将步骤(4)中的碳布随后置于HAuCl4溶液，超声处理后，微波辐射得空心状管硫化镍钴/Au纳米颗粒复合材料。
有益效果：
(1)空心结构的复合材料可以适应硫化镍钴在充放电过程中的体积膨胀以缓解电极粉碎，提高电池循环性能，另外较高的比表面积，提高了其与电解液的接触面积；
(2)外部包覆纳米Au颗粒改善了提高硫化镍钴的导电性和结构稳定性；
(3)直接在碳布作为基体材料负载活性材料，避免了导电剂以及粘结剂的使用，简化了电极的制造工艺；
(4)独特的一维的纳米管结构更有利于电子的传递；
(5)制备工艺简单高效，将该负极材料应用于电池具有优异的循环性能和倍率性能。
附图说明
图1为本申请负极材料示意图；
图2为实施例1的负极材料在0.2A/g、0.5A/g、1A/g、2A/g、5A/g(均为10圈)、0.2A/g(50圈)电流下的循环倍率图。
具体实施方式
实施例1
(1)先制备二氧化硅纳米棒：将质量比为1:1:1.5的CTAB、柠檬酸钠、TEOS溶于有机溶剂丙醇和水的混合液中，随后加入氨水，搅拌，加入水热釜中，随后加入碳布作为基底，220摄氏度反应3h以后得到负载有二氧化硅纳米棒的碳布；
(2)将0.4mol的硫脲和0.2mol氯化钴、0.1mol的氯化镍先后溶解于去离子水中，超声混合，得到电化学沉积前驱体溶液，随后将步骤(1)的碳布加入其中，在0.5mA/cm2恒电流条件下沉积15min，在二氧化硅表面生长硫化镍钴，沉积结束后，将电极材料用去离子水和乙醇交替洗涤多次，烘干即可得到负载有硫化钴镍-SiO2复合材料的碳布；
(3)将步骤(2)负载有硫化镍钴-SiO2复合材料的碳布置于1mol/L的NaOH溶液中刻蚀SiO2从而得到空心的纳米管硫化镍钴纳米颗粒；
(4)将步骤(3)中的碳布随后置于HAuCl4溶液，超声处理后，微波辐射10分钟得空心的纳米管硫化镍钴/Au纳米颗粒复合材料。
实施例2
(1)先制备二氧化硅纳米棒：将质量比为1:1.02:1.5的CTAB、柠檬酸钠、TEOS溶于有机溶剂丙醇和水的混合液中，随后加入氨水，搅拌，加入水热釜中，随后加入碳布作为基底，200摄氏度反应3h以后得到负载有二氧化硅纳米棒的碳布；
(2)将0.4mol的硫脲和0.2mol氯化钴、0.1mol的氯化镍先后溶解于去离子水中，超声混合，得到电化学沉积前驱体溶液，随后将步骤(1)的碳布加入其中，通过电化学沉积法，在1mA/cm2恒电流条件下沉积15min，在二氧化硅表面生长硫化镍钴，沉积结束后，将电极材料用去离子水和乙醇交替洗涤多次，烘干即可得到负载有硫化钴镍-SiO2复合材料的碳布；
(3)将步骤(2)负载有硫化镍钴-SiO2复合材料的碳布置于0.5mol/L的NaOH溶液中刻蚀SiO2从而得到负载空心的管状硫化镍钴的碳布材料；
(4)将步骤(3)中的碳布随后置于HAuCl4溶液，超声处理后，微波辐射15分钟得空心的纳米管硫化镍钴/Au纳米颗粒复合材料。
对本实施例制备得到的负载有空心的纳米管硫化镍钴/Au纳米颗粒的碳布，与金属锂组装成半电池进行电化学性能检测。附图2为实施例1在0.2A/g、0.5A/g、1A/g、2A/g、5A/g、0.2A/g的循环倍率图。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤；(1)制备二氧化硅纳米棒：将CTAB、柠檬酸钠、TEOS溶于有机溶剂丙醇和水的混合液中，随后加入氨水，超声分散，将混合液加入水热釜中，在水热釜中加入碳布作为基底，反应后得到负载有二氧化硅纳米棒的碳布；(2)将硫脲和钴源、镍源、先后溶解于去离子水中，超声混合，得到前驱体溶液，将步骤(1)的碳布加入其中，通过电化学沉积法在二氧化硅表面生长硫化钴镍，沉积结束后，用去离子水和乙醇交替洗涤多次碳布，烘干即可得到SiO2-硫化镍钴复合材料；(3)将步骤(2)负载有SiO2-硫化镍钴的碳布置于NaOH溶液中刻蚀SiO2从而得到空心的纳米管硫化镍钴；(4)将步骤(3)中的碳布随后置于HAuCl4溶液，超声处理后，微波辐射得到负载有空心的纳米管硫化镍钴/Au纳米颗粒的碳布。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，步骤(1)的水热温度为160-220摄氏度。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，电化学沉积工艺为：在0.5-2mA/cm2恒电流条件下沉积15-30min。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，步骤(4)的微波辐射时间为10-20min。
5.一种锂离子电池，其特征在于，采用权利要求1制备得到的负载有空心的纳米管硫化镍钴/Au纳米颗粒的碳布直接作为负极。
6.一种锂离子电池的应用，其特征在于将权利要求5所述的锂离子电池应用于汽车、手机或者笔记本电脑中。
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