一種無(wú)粘接劑鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料，特別涉及一種N1/C-Ni鋰離子電池負(fù)極材料的制備工藝，屬于電化學(xué)電源領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]鋰離子電池具有能量密度高、價(jià)格低、環(huán)境影響小、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為一種非常重要的電化學(xué)儲(chǔ)能器件。目前，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于便攜電子設(shè)備中，也是未來(lái)混合動(dòng)力汽車(chē)與純電動(dòng)汽車(chē)的理想電源。這對(duì)鋰離子電池在安全性、成本、能量密度、功率密度等方面提出了新的要求，開(kāi)發(fā)新型、高性能鋰離子電池具有舉足輕重的意義，這依賴(lài)于高性能電極材料的研發(fā)。
[0003]目前，商用鋰離子電池負(fù)極主要是石墨類(lèi)碳材料。但其理論容量較低(372 mAh/g)，且存在枝晶鋰析出帶來(lái)的電池短路甚至爆炸等安全問(wèn)題。在各類(lèi)新型負(fù)極材料中，轉(zhuǎn)換型負(fù)極材料具有理論容量較高(500~1000 mAh/g)，合成方法簡(jiǎn)單，材料制備成本低等優(yōu)點(diǎn)，在鋰離子電池中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。其中，N1具有理論高容量718 mAh/g。然而，其循環(huán)穩(wěn)定性較差。主要問(wèn)題在于:其導(dǎo)電性較差，且循環(huán)過(guò)程中會(huì)材料形貌與結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生破壞，導(dǎo)致電化學(xué)性能不理想。傳統(tǒng)提升N1的電化學(xué)性能的方法主要包括:(1):與碳復(fù)合，從而增強(qiáng)材料導(dǎo)電性；(2)將N1原位生長(zhǎng)在導(dǎo)電基體上，有效增強(qiáng)材料在循環(huán)過(guò)程中的形貌與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。其中，原位生長(zhǎng)在導(dǎo)電基體上的N1可以直接用作鋰離子電池負(fù)極，不需使用任何粘結(jié)劑和電極制備工藝，且能夠有效避免粉體材料電極制備過(guò)程中的形貌破壞，在鋰離子電池中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前，關(guān)于N1/C-Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備及其在鋰離子電池中的應(yīng)用研究開(kāi)展得較少。基于以上背景，本專(zhuān)利發(fā)明一種結(jié)合原位生長(zhǎng)和炭復(fù)合方法制備N(xiāo)1/C-Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)，以其作為鋰離子電池負(fù)極顯示出較高的比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，相關(guān)研究未見(jiàn)報(bào)道。
[0004]發(fā)明目的
本發(fā)明的目的就是以泡沫鎳、雙氧水為原料，通過(guò)水熱反應(yīng)制備N(xiāo)i (OH)2_N1、然后引入碳源前驅(qū)體，通過(guò)燒結(jié)過(guò)程制備無(wú)粘結(jié)劑N1/C-Ni鋰離子電池負(fù)極。
[0005]本發(fā)明所涉及的N1/C-Ni復(fù)合材料制備的原材料是雙氧水、泡沫鎳、檸檬酸(葡萄糖或者蔗糖)。材料制備過(guò)程中，取一定量的去離子水和雙氧水混合均勻充分?jǐn)嚢?，將攪拌均勻的溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜內(nèi)膽中，取若干片泡沫鎳片放入其中，于90~150°C水熱反應(yīng)12~24小時(shí)，自然冷卻后取出泡沫鎳，并用去離子水沖洗干凈。將沖洗干凈的泡沫鎳放入一定濃度的檸檬酸(葡萄糖或者蔗糖)溶液中，靜置5~10h后取出置于70°C烘箱中烘干。然后將烘干的泡沫鎳放在管式爐中，在隊(duì)氣氛中于300~400°C燒結(jié)5h，自然冷卻后便得到N1/C-Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)
本發(fā)明所涉及N1/C-Ni負(fù)極及制備方法具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn):
(1)電極制備方法簡(jiǎn)單，成本低，可控性強(qiáng)；
(2)所制備N(xiāo)1/C-Ni中Ni0/C均勻生長(zhǎng)在泡沫鎳表面，與泡沫鎳接觸良好； (3)所制備N(xiāo)1/C-Ni電極充、放電容量較高，循環(huán)性能優(yōu)異。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1實(shí)施例1所制備樣品的(a) XRD圖譜和(b) Raman圖譜；
圖2實(shí)施例1所制備樣品的SEM圖譜；
圖3實(shí)施例1所制備樣品的(a)首次充、放電曲線(xiàn)和(b)循環(huán)性能圖；
圖4實(shí)施例2所制備樣品的(a)首次充、放電曲線(xiàn)和(b)循環(huán)性能圖；
圖5實(shí)施例3所制備樣品的(a)首次充、放電曲線(xiàn)和(b)循環(huán)性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007]實(shí)施例1
取一定量的去離子水和雙氧水混合均勻，充分?jǐn)嚢?，將攪拌均勻的溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜內(nèi)膽中，取若干片泡沫鎳片放入其中，于120°C水熱反應(yīng)24小時(shí)，自然冷卻后取出泡沫鎳，并用去離子水清洗。將清洗后的泡沫鎳放入濃度為0.002g/ml的檸檬酸溶液中，靜置5~10h后取出置于70°C烘箱中烘干。然后將烘干的泡沫鎳放在管式爐中，在隊(duì)氣氛中于350°C燒結(jié)5h，自然冷卻后便得到N1/C-Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)。所制備的樣品經(jīng)過(guò)XRD和Raman分析，圖 1 (a)中 XRD 圖譜衍射峰與 N1 (XRD 卡片 JCPDS，N0.47-1049)和 Ni (04-0850)對(duì)應(yīng)；圖1 (b)拉曼圖譜中，拉曼峰與N1 (〇)和C ( Δ )對(duì)應(yīng)。XRD和Raman結(jié)果表明成功制備了 N1/C-Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)。圖2是樣品SEM圖譜，可以看出Ni0/C均勻生長(zhǎng)在泡沫鎳表面，與泡沫鎳接觸良好。將實(shí)施例1所得N1/C-Ni按如下方法制成紐扣電池:將制得的N1/C-Ni樣品裁剪成直徑為14 mm的電極片，在120°C下真空干燥12h。以金屬鋰片為對(duì)電極，Cel gar d膜為隔膜，溶解有LiPF6 (lmol/L)的EC+DMC+DEC (體積比為1:1:1)的溶液為電解液，在氬氣保護(hù)的手套箱中組裝成CR2025型電池。電池組裝完后靜置8h，再用CT2001A電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行恒流充放電測(cè)試，測(cè)試電壓為3~0.02V。圖3表明，實(shí)施例1所制備的N1/C-Ni電極首次充、放電容量分別為783和1136 mAh/g，80次循環(huán)之后充、放電容量均為735和772 mAh/g,顯示了較高的比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能。
[0008]實(shí)施例2
取一定量的去離子水和雙氧水混合均勻，充分?jǐn)嚢瑁瑢嚢杈鶆虻娜芤恨D(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜內(nèi)膽中，取若干片泡沫鎳片放入其中，于120°C水熱反應(yīng)24小時(shí)，自然冷卻后取出泡沫鎳，并用去離子水清洗。將清洗后的泡沫鎳放入濃度為0.002g/ml的葡萄糖溶液中，靜置5~10h后取出置于70°C烘箱中烘干。然后將烘干的泡沫鎳放在管式爐中，在隊(duì)氣氛中于350°C燒結(jié)5h，自然冷卻后便得到N1/C-Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)。以所制備的N1/C-Ni為負(fù)極，按實(shí)施例1中步驟制備成紐扣電池并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行分析。如圖4所示，實(shí)施例2所制備的N1/C-Ni負(fù)極首次充、放電容量分別為871和1202 mAh/g,80次循環(huán)之后充、放電容量分別為633和642 mAh/g。
[0009]實(shí)施例3
取一定量的去離子水和雙氧水混合均勻，充分?jǐn)嚢?，將攪拌均勻的溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜內(nèi)膽中，取若干片泡沫鎳片放入其中，于120°C水熱反應(yīng)24小時(shí)，自然冷卻后取出泡沫鎳，并用去離子水清洗。將清洗后的泡沫鎳放入濃度為0.002g/ml的蔗糖溶液中，靜置5~10h后取出置于70°C烘箱中烘干。然后將烘干的泡沫鎳放在管式爐中，在隊(duì)氣氛中于400°C燒結(jié)5h，自然冷卻后便得到N1/C-Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)。以所制備的N1/C-Ni為負(fù)極，按實(shí)施例1中步驟制備成紐扣電池并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行分析。如圖5所示，實(shí)施例3所制備的N1/C-Ni作為鋰離子電池負(fù)極首次充、放電容量分別為751和1059 mAh/g, 80次循環(huán)之后充、放電容量分別為657和695mAh/g。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)粘接劑鋰離子電池負(fù)極材料，其特征在于，該材料的結(jié)構(gòu)為N1/C均勾生長(zhǎng)在泡沫鎳表面而形成的N1/C-Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)。2.權(quán)利要求1所述的無(wú)粘接劑鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，該N1/C-Ni負(fù)極的制備工藝如下: (1)取去離子水和雙氧水混合均勻，充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆蛉芤海? (2)將步驟(1)得到的均勻溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜內(nèi)膽中，取若干片泡沫鎳放入其中，于90~150°C下水熱反應(yīng)12~24小時(shí)，自然冷卻后取出泡沫鎳，并用去離子水沖洗干凈； (3)將步驟(2)得到的泡沫鎳放入檸檬酸、葡萄糖或者蔗糖溶液中，靜置5~10h后取出置于70°C烘箱中烘干； (4)將步驟(3)中烘干的泡沫鎳放在管式爐中，在隊(duì)氣氛中于300~400°C燒結(jié)5h，自然冷卻后便得到N1/C-Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)粘接劑鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，雙氧水、泡沫鎳的質(zhì)量比為1~2:200~400，檸檬酸、葡萄糖或者蔗糖濃度為0.00lg/ml~0.004g/ml。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種無(wú)粘接劑NiO/C-Ni鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，NiO/C均勻生長(zhǎng)在泡沫鎳表面，具體制備工藝是取去離子水和雙氧水混合均勻，充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆蛉芤?；將均勻溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜內(nèi)膽中，取若干片泡沫鎳放入其中，于90~150℃下水熱反應(yīng)12~24小時(shí)，自然冷卻后取出泡沫鎳，并用去離子水沖洗干凈。再將泡沫鎳放入檸檬酸葡萄糖或者蔗糖溶液中，靜置5~10h后取出置于70℃烘箱中烘干，最后在N2氣氛中于300~400℃燒結(jié)5h，自然冷卻得到NiO/C-Ni復(fù)合結(jié)構(gòu)。電極制備方法簡(jiǎn)單，成本低，可控性強(qiáng)，所制備N(xiāo)iO/C-Ni中NiO/C均勻生長(zhǎng)在泡沫鎳表面，與泡沫鎳接觸良好，所制備N(xiāo)iO/C-Ni電極充、放電容量較高，循環(huán)性能優(yōu)異。
【IPC分類(lèi)】H01M4/583, H01M4/1393, H01M4/36, H01M4/52, H01M4/131, H01M10/0525, H01M4/133, H01M4/1391
【公開(kāi)號(hào)】CN105390681
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510876628
【發(fā)明人】倪世兵, 張繼成, 唐俊, 楊學(xué)林
【申請(qǐng)人】三峽大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年12月3日