一种钴酸镍的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种一种钴酸镍的制备方法，将化学计量比的镍盐、钴盐、沉淀剂与去离子水混合，将混合溶液移入反应釜中进行水热反应控制温度为100～125℃，时间为6～8h后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NiCo2O4材料。采用本发明专利技术的方法所得的NiCo2O4材料，用于可充锂离子电池的负极，提高了锂电池的倍率性能。

Preparation and Application of Nickel Cobalt Acid

The invention discloses a preparation method of nickel cobalt acid. The stoichiometric nickel salt, cobalt salt, precipitator and deionized water are mixed, and the mixed solution is transferred into the reactor for hydrothermal reaction at a temperature of 100-125 C, and the time is 6-8 hours, then the powdered mixed precursor is washed and dried, and then heated in air. After treatment, a NiCo2O4 material was finally obtained. The NiCo2O4 material obtained by the method of the present invention is used as the negative electrode of rechargeable lithium ion batteries and improves the rate performance of lithium ion batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种钴酸镍的制备方法和应用
本专利技术属于化工领域，涉及一种锂离子电池用负极材料，具体来说是一种钴酸镍的制备方法和应用。
技术介绍
近十几年来，锂离子电池以其高性能优势已被广泛应用于移动电子终端设备领域。过渡金属氧化物因高比容量等优点受到一定的关注。尤其是NiCo2O4，被确定为下一代锂离子电极最有希望的候选者，考虑到其超高的理论容量，极好的氧化还原活性和高比容量[1]。研究者们对NiCo2O4电极材料结构纳米化来改善其储锂性能，并提出特殊结构能提供更多的比表面积，提供足以锂离子很好脱嵌的通道及电解液/电极的接触面，从而促进电化学反应的进行[2]。目前，Weng小组[3]制得了NiCo2O4微纳米线结构，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，NiCo2O4材料具有好的电导、表面及结构特性，但是，其锂离子电池的倍率特性比较差。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
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种钴酸镍的制备方法和应用，所述的这种钴酸镍的制备方法和应用要解决现有技术中的球状NiCo2O4结构材料的倍率特性比较差的技术问题。本专利技术提供了一种钴酸镍的制备方法，包括如下步骤：1)将镍盐、钴盐、沉淀剂与去离子水混合后搅拌30～60min，然后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，控制水热反应温度为100～125℃，时间为6～8h，得反应液；所述的镍盐为硝酸镍、乙酸镍、碳酸镍或草酸镍；所述的钴盐为硝酸钴、乙酸钴、碳酸钴或草酸钴；所述的沉淀剂为六亚甲基四胺；所述的镍盐、钴盐、沉淀剂及去离子水的摩尔比为1:2:3:266.67～355.56；2)将步骤1)所得的反应液进行离心，离心过程控制离心转速为3000～3500r/min，时间为20～30min，离心后的固形物用去离子水和无水乙醇分别洗涤2～5次后，控制温度为60～90℃烘干，得粉末状混合前驱体；3)将步骤2)所得的粉末状混合前驱体在空气气氛下热处理，热处理温度为290～310℃，时间为2～3h，得NiCo2O4材料。进一步的，步骤(1)中镍盐、钴盐、沉淀剂及去离子水的摩尔比为1:2:3:333.34。进一步的，步骤(1)中水热反应温度为100℃，水热反应时间为6h，步骤(2)中的烘干温度控制为70℃。本专利技术还提供了采用上述的方法制备的钴酸镍在可充锂离子电池的负极材料中的应用。具体的，高压反应釜的填装度为60～80％，优选为75％；具体的，烘干温度控制优选为70℃；具体的，优选为300℃进行热处理2h。采用上述的一种NiCo2O4材料的制备方法所得的NiCo2O4材料在0.1和0.5A·g-1不同充放电机制下，充电比容量分别为1499.1和1198.3mAh·g-1，体现了较高的倍率性能。本专利技术的一种NiCo2O4材料，用于可充锂离子电池负极材料，即钴酸镍电极负极材料，如用于六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂及三氟化碳磺酸锂(LiPF6,LiClO4,LiAsF6及LiCF3SO3)等为电解质的可充锂离子电池中。上述的一种NiCo2O4材料作为可充锂离子电池的负极材料即钴酸镍电极负极材料的制备方法，采用涂布法制备，其具体步骤如下：把钴酸镍材料、乙炔黑和粘结剂即聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比即钴酸镍材料：乙炔黑：粘结剂为80：15：5，将钴酸镍材料、乙炔黑和粘结剂混合均匀并溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，涂在处理过的铜箔集流体(直径为11毫米)上，于真空100℃、烘12h，即得可充锂离子电池的负极材料即钴酸镍电极负极材料。将上述所得钴酸镍电极负极材料为负极，金属锂片为正极，聚丙烯(PP)作为正负极之间的隔膜，1MLiPF6及50:50(w/w)的碳酸次乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)混合液为电解液，在氩气保护的手套箱里组装成电池，在Land电池测试系统(武汉市蓝电电子有限公司提供)下进行恒流充放电测试。电压区间为0.01～3.0Vvs.Li/Li+。本专利技术采用在钴酸镍电极材料合成过程中往前驱体中加入不同化学计量比的沉淀剂六亚甲基四胺，使其与前驱体充分混合，经热处理后得到所述的电极材料的技术方案。本专利技术采用六亚甲基四胺来提供OH-离子。六亚甲基四胺是一种弱碱性物质，它无毒、稳定、非离子型，且水溶性好的化合物。在水热反应过程中，六亚甲基四胺能缓慢释放出OH-离子来促进Ni、Co(II)成核、结晶、沉淀。采用本专利技术制备得到的NiCo2O4材料，按摩尔比即镍盐：钴盐：沉淀剂：去离子水优选为1:2:3:333.34水热法制得的NiCo2O4电极材料，从循环伏安图谱可以看出，第二圈和第三圈图谱中有明显的两对氧化还原峰，峰型相似，峰值相当，表明合成的样品具有很好的循环可逆性能。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本专利技术提供了一种NiCo2O4材料的制备方法，解决了NiCo2O4材料在充放电过程中的倍率特性比较差的问题。附图说明图1为实施例2所得的NiCo2O4材料的XRD图；图2为实施例2所得的NiCo2O4材料的循环伏安测试图；图3为实施例2所得的NiCo2O4材料在不同电流密度下倍率性能图。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本专利技术进一步阐述，但并不限制本专利技术。实施例1取0.5821g硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O，分析纯，国药集团化学试剂公司),1.1641g硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O，分析纯，国药集团化学试剂公司)，0.8411g六亚甲基四胺(C6H12N4，分析纯，国药集团化学试剂公司)加入到60ml去离子水中，其中Ni(NO3)2:Co(NO3)2:C6H12N4:去离子水的摩尔比为1:2:3:266.67，整个加入过程在磁力搅拌(81-2型，上海司乐仪器有限公司)下进行。搅拌40min后，将整个混合溶液移入内衬聚四氟乙烯的高压反应釜(100ml，正信仪器厂)中，填装度为60％，在一定温度下(100℃)反应6h，然后自然冷却，得反应液；将上述反应液离心分离，控制离心转速为3300r/min，时间为20min，所得的离心后的固形物用去离子水和无水乙醇先后各洗涤3次，每次分别用1000ml去离子水和30ml无水乙醇(分析纯，上海振兴化工一厂)，洗涤完后在60℃下烘干得到粉末状混合前驱体；将粉末状混合前驱体在空气气氛下、290℃热处理2h，得最终NiCo2O4材料。使用X射线衍射(XRD，日本理学Rigaku)对实施例1所得到的NiCo2O4材料粉体进行检测，其检测结果与图1相似，说明实施例1也合成了NiCo2O4材料，说明该实验条件对NiCo2O4材料的合成没有太大影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钴酸镍的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将镍盐、钴盐、沉淀剂与去离子水混合后搅拌30～60min，然后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，控制水热反应温度为100～125℃，时间为6～8h，得反应液；所述的镍盐为硝酸镍、乙酸镍、碳酸镍或草酸镍；所述的钴盐为硝酸钴、乙酸钴、碳酸钴或草酸钴；所述的沉淀剂为六亚甲基四胺；所述的镍盐、钴盐、沉淀剂及去离子水的摩尔比为1:2: 3: 266.67～355.56；2）将步骤1）所得的反应液进行离心，离心过程控制离心转速为3000～3500r/min，时间为20～30min，离心后的固形物用去离子水和无水乙醇分别洗涤2～5次后，控制温度为60～90℃烘干，得粉末状混合前驱体；3）将步骤2）所得的粉末状混合前驱体在空气气氛下热处理，热处理温度为290～310℃，时间为2～3h，得NiCo2O4材料。

【技术特征摘要】
1.一种钴酸镍的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将镍盐、钴盐、沉淀剂与去离子水混合后搅拌30～60min，然后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，控制水热反应温度为100～125℃，时间为6～8h，得反应液；所述的镍盐为硝酸镍、乙酸镍、碳酸镍或草酸镍；所述的钴盐为硝酸钴、乙酸钴、碳酸钴或草酸钴；所述的沉淀剂为六亚甲基四胺；所述的镍盐、钴盐、沉淀剂及去离子水的摩尔比为1:2:3:266.67～355.56；2）将步骤1）所得的反应液进行离心，离心过程控制离心转速为3000～3500r/min，时间为20～30min，离心后的固形物用...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，董经纬，张登科，席玉坤，
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