NiCo2O4材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术提供了一种NiCo2O4材料及其制备和应用。首先将表面活性剂加入有机溶剂中配制成溶液，在搅拌状态下依次加入碳化棉花、镍盐、钴盐、沉淀剂。然后将混合溶液移入反应釜中进行水热反应，得到的反应液进行洗涤并烘干得粉末状混合前驱体，再将其在空气中热处理，最终得一种附着在碳化棉花上的NiCo2O4蒲公英状材料。所得的NiCo2O4材料均匀的附着在碳化棉花上，应用于锂离子电池负极中，提高了锂离子电池的倍率性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
NiCo2O4材料及其制备和应用
本专利技术涉及一种用于锂离子电池负极材料的附着在碳化棉花上的NiCo2O4蒲公英状材料及其制备方法。
技术介绍
近十几年来，由于锂离子电池在电动汽车，便携式设备和可再生能源一体化中的广泛应用，锂离子电池被认为是最有前途的可再生能源存储设备之一。对具有高循环寿命和倍率性能的锂离子电池的需求一直在增加，促使研究高理论容量的电极材料，特别是过渡金属氧化物[1]。但是，具有块状结构的过渡金属氧化物作为阳极材料容易在锂化/脱锂过程中引起大的体积变化和低的锂扩散性，这使得该材料结构被粉碎，导致循环稳定性和倍率性能的变化甚至更糟[2]。目前，Weng小组[3]制得了NiCo2O4微纳米线型结构，韩国Sun小组[4]通过柠檬酸作为络合剂超声热解喷雾法制备了球状NiCo2O4结构材料。就目前研究报道，特殊结构具有好的电导、表面及结构特性，在缩短锂离子的脱/嵌反应路径的同时，它能提高锂离子电池的倍率特性，并且颗粒的形貌、尺寸大小对电化学性能有着深远的影响。但是，该材料在充放电过程中的粒子的团聚、结构稳定性差等问题造成了该材料的首次不可逆效率低下、循环稳定性差等缺点。为了解决这个研究开发所面临的普遍难题，而本专利技术正是为了解决这一问题而提供了一种附着在碳化棉花上的NiCo2O4蒲公英状材料，同时提供了一种该种材料的制备方法。我们本次专利技术就针对特殊形貌结构电极材料的制备和研究中，重点考虑附着在碳化棉花上的NiCo2O4材料的蒲公英状形貌对电化学行为影响，进而解决NiCo2O4材料在充放电过程中的粒子的团聚、结构稳定性差的问题。参考文献[1]P.Poizot,S.Laruelle,S.Grugeon,L.Dupont,J.M.Tarascon,Nature407(2000)496.[2]F.X.Ma,L.Yu,C.Y.Xu,X.W.Lou,EnergyEnviron6(2016)862.[3]F.H.Xu,F.L.Yu,C.Liu,P.D.Han,B.C.Weng,J.PowerSources354(2017)85.[4]S.W.Oh,H.J.Bang,Y.K.Sun,J.PowerSources173(2007)502.
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种晶粒尺寸均匀的附着在碳化棉花上的NiCo2O4蒲公英状材料。本专利技术的目的之二是提供上述的一种晶粒尺寸均匀的附着在碳化棉花上的NiCo2O4蒲公英状材料的制备方法。本专利技术的目的之三是提供上述的一种晶粒尺寸均匀的附着在碳化棉花上的NiCo2O4蒲公英状材料用于锂离子电池的负极材料的应用方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种NiCo2O4材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将表面活性剂加入有机溶剂中配制成溶液，在搅拌状态下依次加入碳化棉花、镍盐、钴盐以及沉淀剂，搅拌30～60min，将整个混合溶液移入内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中进行水热反应，得到反应液；步骤2：将步骤1所得的反应液进行离心，将所得的离心后的固形物洗涤、干燥，得粉末状混合前驱体；步骤3：将步骤2中所得的粉末状混合前驱体在空气气氛下热处理，得到附着在碳化棉花上的NiCo2O4材料。优选地，所述的NiCo2O4材料为蒲公英状。优选地，所述的碳化棉花的制备方法包括：将脱脂棉或棉布用丙酮超声清洗后烘干备用；将脱脂棉或棉布用丙酮超声清洗后烘干备用；配制404.74～458.15重量份镍盐溶液，将40重量份上述脱脂棉或棉布浸泡其中，控制溶液温度为20～30℃，在真空环境下静置，然后取出在自然环境下晾干，在氩气保护下500-800℃高温煅烧使其碳化，得到碳化棉花。更优选地，所述的镍盐溶液的浓度为0.1～0.5mol/L，最优选0.1mol/L。优选地，所述的步骤1中的水热反应温度为100～130℃，优选为100℃，时间为6～9h，优选为6h。优选地，所述的镍盐为硝酸镍、乙酸镍、碳酸镍以及草酸镍中的一种，优选为乙酸镍。优选地，所述的钴盐为硝酸钴、乙酸钴、碳酸钴以及草酸钴中的一种，优选为乙酸钴。优选地，所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。优选地，所述的沉淀剂为尿素(H2NCONH2)。优选地，所述的有机溶剂为正戊醇和环己烷。更优选地，所述的正戊醇和环己烷的摩尔比为20.2～40.5:424.2～848.4。优选地，所述的高压反应釜的填装度为60～80％，优选为75％。优选地，所述的镍盐、钴盐、表面活性剂以及沉淀剂的摩尔比为2.9～7.2:5.9～14.5:157.5～315:12。优选地，所述的碳化棉花和镍盐的比例为0.2～0.4g：0.0025～0.005moL，优选为0.2g：0.0025moL。优选地，所述的步骤2中的离心过程控制离心转速为3000～3500r/min，时间为20～30min。优选地，所述的步骤2中的洗涤用去离子水和无水乙醇先后洗涤，所用的去离子水和无水乙醇的量按反应液：去离子水的体积比为1～10：50～80，按反应液：无水乙醇的体积比为1～1.5：1.5～2.2；优选地，所述的步骤2中的干燥为烘干，温度控制为60～90℃，优选为70℃。优选地，所述的步骤3中的热处理温度为250～350℃，时间为1-3h，更优选为300℃热处理2h。本专利技术还提供了上述的NiCo2O4材料的制备方法所制备的NiCo2O4材料。优选地，所述的NiCo2O4材料在0.5和1A·g-1不同充放电机制下，充电比容量分别为1289.31和1169.1mAh·g-1，体现了较高的倍率性能。优选地，所述的NiCo2O4材料电化学循环200圈后，比容量能还能达到1143.1mAh·g-1，比容量保持率达到95.1％。本专利技术还提供了一种可充锂离子电池的负极材料(CF-NiCo2O4电极负极材料)，其特征在于，含有上述的NiCo2O4材料。优选地，所述的可充锂离子电池为采用六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂及三氟化碳磺酸锂(LiPF6,LiClO4,LiAsF6及CF3SO3Li)中的至少一种为电解质的可充锂离子电池。上述的可充锂离子电池的负极材料可采用涂浆法制备，其特征在于，包括：把NiCo2O4材料、乙炔黑和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比即NiCo2O4材料：乙炔黑：粘结剂为80～85：5～15：5～10混合均匀并溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，涂在处理过的铜箔集流体上，于真空环境中在100℃烘12h，即得可充锂离子电池的负极材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在NiCo2O4蒲公英状材料合成过程往前驱体中加入不同化学计量比的表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵及沉淀剂尿素，使其与前驱体充分混合，经热处理后得到所述的电极材料。尿素用来提供OH-离子。尿素是一种弱碱性物质，它无毒、稳定、非离子型的化合物。在水热反应过程中，尿素能缓慢释放出OH-离子来促进Co(II)成核、结晶、沉淀。十六烷基三甲基溴化氨(CTAB)作为表面活性剂，在反应过程中充当软模板，用来吸附并分散晶核。采用本专利技术制备得到的NiCo2O4蒲公英状材料，具有规整的蒲公英状结构，一方面能够保证电解液充分渗透，增大的接触面能够提供更多的电活性点，保证锂离子更好的进行嵌入/脱出电化学行为；另一方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NiCo2O4材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将表面活性剂加入有机溶剂中配制成溶液，在搅拌状态下依次加入碳化棉花、镍盐、钴盐以及沉淀剂，搅拌30～60min，将整个混合溶液移入内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中进行水热反应，得到反应液；步骤2：将步骤1所得的反应液进行离心，将所得的离心后的固形物洗涤、干燥，得粉末状混合前驱体；步骤3：将步骤2中所得的粉末状混合前驱体在空气气氛下热处理，得到附着在碳化棉花上的NiCo2O4材料。

【技术特征摘要】
1.一种NiCo2O4材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将表面活性剂加入有机溶剂中配制成溶液，在搅拌状态下依次加入碳化棉花、镍盐、钴盐以及沉淀剂，搅拌30～60min，将整个混合溶液移入内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中进行水热反应，得到反应液；步骤2：将步骤1所得的反应液进行离心，将所得的离心后的固形物洗涤、干燥，得粉末状混合前驱体；步骤3：将步骤2中所得的粉末状混合前驱体在空气气氛下热处理，得到附着在碳化棉花上的NiCo2O4材料。2.如权利要求1所述的NiCo2O4材料的制备方法，其特征在于，所述的碳化棉花的制备方法包括：将脱脂棉或棉布用丙酮超声清洗后烘干备用；配制404.74～458.15重量份镍盐溶液，将40重量份上述脱脂棉或棉布浸泡其中，控制溶液温度为20～30℃，在真空环境下静置，然后取出在自然环境下晾干，在氩气保护下500-800℃高温煅烧使其碳化，得到碳化棉花。3.如权利要求1所述的NiCo2O4材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中的水热反应温度为100～130℃，时间为6～9h。4.如权利要求1所述的NiCo2O4材料的制备方法，其特征在于，所述的镍盐为硝酸镍、乙酸镍、碳酸镍以及草酸镍中的一种；所述的钴盐为硝酸钴、乙酸钴、碳酸钴以及草酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，张登科，殷凤琴，张戈，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31