CN112599764B - 三元纳米线阵列@碳纤维的制备方法及产品和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三元纳米线阵列@碳纤维的制备方法及其产品和应用，利用溶剂热制备三元纳米线阵列@碳纤维正极材料。该材料具有较高的电导率且该结构具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能，在1C倍率条件下，首次放电比容量约为158 mAh/g；经过50次循环后放电比容量为165 mAh/g。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。

Description

三元纳米线阵列@碳纤维的制备方法及产品和应用
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极材料的技术领域，具体为一种三元纳米线阵列@碳纤维的制备方法及其产品和应用。
背景技术
随着更小、更轻和更高性能的电子和通讯设备的迅速发展，人们对为这些设备提供电源的电池性能尤其对比能量提出了越来越高的要求。但是，目前已商品化的锂离子电池和 MH/Ni电池的比容量已经很难继续提高。因此，迫切需要开发比能量更高的电池。锂离子二次电池作为高比能量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，迅速发展成为目前最重要的二次电池之一。锂离子电池作为最新一代的绿色高能蓄电池，于20世纪90年代初迅速发展起来，锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐。
三元材料因其价格低廉，性能稳定，被称为是锂电池的首选材料。由于三元材料LiNi1-x-yCoxMnyO2（0<x<1, 0<y<1）具有优于磷酸亚铁锂和钴酸锂的特性，并且根据调节镍、钴、锰的比例，可以制备出不同性能的三元电极材料。随着新能源汽车的兴起和发展，三元材料是研究的热点。
本发明提供一种三元纳米线阵列@碳纤维的制备方法，本发明利用溶剂热制备三元纳米线阵列@碳纤维正极材料。该材料具有较高的电导率且该结构具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种三元纳米线阵列@碳纤维的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供上述方法制备的一种三元纳米线阵列@碳纤维产品。
本发明的又一目的在于：提供上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现，一种三元纳米线阵列@碳纤维的制备方法，利用溶剂热制备三元纳米线阵列@碳纤维正极材料，包括如下步骤，
第一步：将可溶性锰盐溶于5 mL N，N-二甲基甲酰胺和15 mL有机醇溶液中，磁力搅拌30～60 min，标记为溶液A；
第二步：上述溶液A转移至反应釜中，并加入2cm×2cm的碳纤维基底置于反应釜中，180～200 ℃反应20～24 h后降至室温，收集碳纤维基底，经过洗涤、干燥，得附着于碳纤维基底的二氧化锰纳米片；
第三步：将附着于碳纤维基底的二氧化锰纳米片、可溶性镍盐和可溶性钴盐置于5mol/L的氢氧化锂溶液中，其中，氢氧化锂、镍盐、钴盐和锰盐的摩尔比为1：1-x-y：x：y（0<x<1, 0<y<1），磁力搅拌30～60 min后转入反应釜中，120～180 ℃反应8～10 h，降至室温收集碳纤维基底，经过洗涤、干燥，再将碳纤维基底放入马弗炉中450～750 ℃煅烧2～4 h，得产物三元纳米线阵列@碳纤维。
所述的锰盐是氯化锰、醋酸锰或柠檬酸锰中的一种或其组合。
所述的有机醇是异丙醇、正丁醇或乙二醇中的一种或其组合。
所述的镍盐是氯化镍、醋酸镍或柠檬酸镍中的一种或其组合。
所述的钴盐是氯化钴、醋酸钴或柠檬酸钴中的一种或其组合。
本发明提供一种三元纳米线阵列@碳纤维，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明提供一种三元纳米线阵列@碳纤维在制备锂电正极材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种三元纳米线阵列@碳纤维的制备方法，利用溶剂热制备三元纳米线阵列@碳纤维正极材料。所得材料具有较高的电导率且该材料的结构具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能。在1C倍率条件下，首次放电比容量约为158 mAh/g；经过50次循环后放电比容量为165 mAh/g。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。
附图说明
图1为实施例1三元纳米线阵列@碳纤维的循环性能图；
图2为实施例2 三元纳米线阵列@碳纤维的循环性能图；
图3为实施例3 三元纳米线阵列@碳纤维的循环性能图。
具体实施方式
本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。
实施例1
一种三元纳米线阵列@碳纤维，利用溶剂热制备三元纳米线阵列@碳纤维正极材料，按如下步骤制备：
第一步：将可溶性醋酸锰溶于5 mL N，N-二甲基甲酰胺和15 mL异丙醇溶液中，磁力搅拌60 min，标记为溶液A；
第二步：上述溶液A转移至反应釜中，并加入2cm×2cm的碳纤维基底置于反应釜中，180 ℃反应24 h后降至室温，收集碳纤维基底，经过洗涤、干燥，得附着于碳纤维基底的二氧化锰纳米片；
第三步：将附着于碳纤维基底的二氧化锰纳米片、醋酸镍和醋酸钴置于5 mol/L的氢氧化锂溶液中，其中，氢氧化锂、醋酸镍、醋酸钴和醋酸锰的的摩尔比为1：0.333：0.333：0.333，磁力搅拌60 min后转入反应釜中，120 ℃反应10 h，降至室温收集碳纤维基底，经过洗涤、干燥，再将碳纤维基底放入马弗炉中500 ℃煅烧4 h，得产物三元纳米线阵列@碳纤维。
图1是本实施例产物三元纳米线阵列@碳纤维的循环性能图，在1C倍率条件下，首次放电比容量约为165 mAh/g；经过50次循环后放电比容量为138 mAh/g。
实施例2
一种三元纳米线阵列@碳纤维，与实施例1步骤相近，按如下步骤制备：
第一步：将可溶性柠檬酸锰溶于5 mL N，N-二甲基甲酰胺和15 mL正丁醇溶液中，磁力搅拌60 min，标记为溶液A；
第二步：向上述溶液A转移至反应釜中，并加入2cm×2cm的碳纤维基底置于反应釜中，200 ℃反应20 h降至室温，收集碳纤维基底，经过洗涤、干燥，得附着于碳纤维基底的二氧化锰纳米片；
第三步：将附着于碳纤维基底的二氧化锰纳米片、柠檬酸镍和柠檬酸钴置于5mol/L的氢氧化锂溶液中。其中，氢氧化锂、柠檬酸镍、柠檬酸钴和柠檬酸锰的摩尔比为1mmol：0.5 mmol：0.3 mmol：0.2 mmol，磁力搅拌60 min后转入反应釜中，160 ℃反应10 h，降至室温收集碳纤维基底，经过洗涤、干燥，再将碳纤维基底放入马弗炉中600 ℃煅烧3 h，得产物三元纳米线阵列@碳纤维。
图2是本实施例产物三元纳米线阵列@碳纤维的循环性能图，在1C倍率条件下，首次放电比容量约为164 mAh/g；经过50次循环后放电比容量为134 mAh/g。
实施例3
一种三元纳米线阵列@碳纤维，与实施例1步骤相近，按如下步骤制备：
第一步：将可溶性氯化锰溶于5 mL N，N-二甲基甲酰胺和15 mL乙二醇溶液中，磁力搅拌60 min，标记为溶液A；
第二步：向上述溶液A转移至反应釜中，并加入2cm×2cm的碳纤维基底置于反应釜中，200 ℃反应20 h降至室温，收集碳纤维基底，经过洗涤、干燥，得附着于碳纤维基底的二氧化锰纳米片；
第三步：将附着于碳纤维基底的二氧化锰纳米片、氯化镍和氯化钴置于5 mol/L的氢氧化锂溶液中。其中，氢氧化锂、柠檬酸镍、柠檬酸钴和柠檬酸锰的摩尔比为1 mmol：0.8mmol：0.1 mmol：0.1 mmol，磁力搅拌60 min后转入反应釜中，180 ℃反应8 h，降至室温收集碳纤维基底，经过洗涤、干燥，再将碳纤维基底放入马弗炉中750 ℃煅烧2 h，得产物三元纳米线阵列@碳纤维。
图3是本实施例三元纳米线阵列@碳纤维的循环性能图，在1C倍率条件下，首次放电比容量约为158 mAh/g；经过50次循环后放电比容量为165 mAh/g。

Claims (3)

1.一种三元纳米线阵列@碳纤维的制备方法，其特征在于，利用溶剂热制备三元纳米线阵列@碳纤维正极材料，包括如下步骤，
第一步：将可溶性锰盐溶于5 mL N，N-二甲基甲酰胺和15 mL有机醇溶液中，磁力搅拌30～60 min，标记为溶液A；
第二步：上述溶液A转移至反应釜中，并加入2cm×2cm的碳纤维基底置于反应釜中，180～200℃反应20～24 h后降至室温，收集碳纤维基底，经过洗涤、干燥，得附着于碳纤维基底的二氧化锰纳米片；
第三步：将附着于碳纤维基底的二氧化锰纳米片、可溶性镍盐和可溶性钴盐置于5mol/L的氢氧化锂溶液中，其中，氢氧化锂、镍盐、钴盐和锰盐的摩尔比为1：1-x-y：x：y，其中，0<x<1, 0<y<1，磁力搅拌30～60 min后转入反应釜中，120～180 ℃反应8～10 h，降至室温收集碳纤维基底，经过洗涤、干燥，再将碳纤维基底放入马弗炉中450～750 ℃煅烧2～4 h，得产物三元纳米线阵列@碳纤维；其中，
锰盐是氯化锰、醋酸锰和柠檬酸锰中的一种或其组合；
有机醇是异丙醇、正丁醇和乙二醇中的一种或其组合；
镍盐是氯化镍、醋酸镍和柠檬酸镍中的一种或其组合；
钴盐是氯化钴、醋酸钴和柠檬酸钴中的一种或其组合。
2.一种三元纳米线阵列@碳纤维，其特征在于根据权利要求1所述方法制备得到。
3.一种根据权利要求2所述三元纳米线阵列@碳纤维在制备锂电正极材料中的应用。
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