一种高度分散的NiCo制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，且公开了一种高度分散的NiCo

【技术实现步骤摘要】
一种高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料及其制法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体为一种高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料及其制法。
技术介绍
锂离子电池是一种可充电的绿色电池，具有能量密度高、充放电快速、循环性能稳定等优点，广泛应用在储能电源系统中，锂离子电池中的正极材料和负极材料对锂离子电池的能量密度和循环性能等性能影响很大，目前的锂离子电池负极材料主要有合金类负极材料、碳负极材料、硅负极材料、过渡金属氧化物电极材料。过渡金属氧化物电极材料，如MnO2、Co3O4、NiCo2O4、SnO2等具有良好的脱锂和嵌锂活性位点，理论比容量很高，并且来源丰富，成本低廉，是一种研究和应用广泛的锂离子电池负极材料，但是NiCo2O4等负极材料普遍存在导电性低，循环稳定性差的问题，在脱锂和嵌锂过程中，容易发生团聚膨胀导致电极活性组分粉化和脱落，严重影响了负极材料的实际比容量和循环稳定性，多孔碳材料具有丰富的介孔结构和超高的比表面积，电化学性能优异，在锂离子电池、超级电容器等电极材料中应用广泛，将NiCo2O4与多孔碳材料结合，是改善NiCo2O4负极材料电化学性能的有效策略，但是仅仅通过简单的物理共混的方式将两者复合，会导致纳米NiCo2O4在多孔碳基团中分散不均匀，容易形成团聚，导致脱锂和嵌锂活性位点减少等问题。(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料及其制法，解决了NiCo2O4负极材料的实际比容量不高，电化学循环稳定性较差的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料，所述高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料制备方法如下所示：(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂、硝酸钴、硝酸镍、尿素和油酸，搅拌溶解后将溶液转移进反应釜中，加热至110-130℃，反应5-8h，再升温至180-200℃，反应10-20h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到油酸修饰空心海胆状纳米NiCo2O4微球。(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂和油酸修饰空心海胆状NiCo2O4纳米微球，超声分散均匀后加入高锰酸钾，置于超声反应装置中，进行进行超声反应5-10h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到羧基化NiCo2O4纳米微球。(3)向反应瓶中加入蒸馏水、壳聚糖和羧基化NiCo2O4纳米微球，超声分散均匀后缓慢滴加醋酸直至壳聚糖溶解，再加入缩合剂，在氮气氛围下缓慢滴加硫酸钠和氢氧化钠，匀速搅拌反应2-6h，真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到纳米NiCo2O4接枝壳聚糖。(4)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、纳米NiCo2O4接枝壳聚糖和交联剂戊二醛，加热至50-80℃，匀速搅拌反应6-12h，将溶液减压蒸馏除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到NiCo2O4接枝的交联壳聚糖微球。(5)将NiCo2O4接枝的交联壳聚糖微球置于气氛炉中，进行碳化过程，制备得到高度分散的NiCo2O4-氮掺杂碳材料。(6)将高度分散的NiCo2O4-氮掺杂碳材料与氢氧化钾混合均匀，质量比为10:20-35，置于气氛炉中，进行热活化过程制备得到高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料。优选的，所述步骤(1)中的硝酸钴、硝酸镍、尿素和油酸的物质的量比为100:50:700-800:150-250。优选的，所述步骤(2)中的油酸修饰空心海胆状纳米NiCo2O4微球和高锰酸钾的质量比为100:50-120。优选的，所述步骤(2)中的超声反应装置包括水浴槽，水浴槽两侧设置有超声波发生器，水浴槽内部固定连接有旋转齿轮，旋转齿轮活动连接有螺杆，螺杆下方固定连接有载物台，载物台上方设置有反应瓶。优选的，所述步骤(3)中的缩合剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，壳聚糖、羧基化NiCo2O4纳米微球、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、硫酸钠和氢氧化钠的质量比为100:300-500:75-130:1200-1800:1000-1500。优选的，所述步骤(4)中的纳米NiCo2O4接枝壳聚糖和戊二醛的质量比为100:15-25。优选的，所述步骤(5)中的在碳化过程为氮气氛围，在750-800℃下碳化2-3h。优选的，所述步骤(6)中的在热活化过程为氮气氛围，650-750℃下热活化1-2h。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：该一种高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料，在蒸馏水和乙二醇的热溶剂体系中，尿素首先水解产生氨气和二氧化碳气泡，同时氨气水解产生氢氧根负离子，氢氧根负离子作为成核剂，与镍离子和钴离子在气泡表面形成纳米针状的氢氧化物前驱体沉淀，进一步提高Ostwald熟化过程，使纳米针状的氢氧化物前驱体自组装成海胆状微球，进一步通过高温热溶剂法反应，海胆状微球内的气泡手高温逸出，形成海胆状纳米NiCo2O4微球，具有独特的海胆状的空心结构，比表面积巨大，脱锂和嵌锂的活性位点十分丰富，促进了锂离子的传输和扩散，同时海胆状的空心结构有利于缓解体膨胀产生的应力，从而提高纳米NiCo2O4微球的循环稳定性，并且在热溶剂体系中生成的海胆状纳米NiCo2O4微球，表面含有大量的羟基，在热溶剂反应过程中加入含有活性羧基的油酸，对NiCo2O4微球表面的羟基进行酯化修饰，从而得到油酸修饰空心海胆状纳米NiCo2O4微球。该一种高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料，油酸的烯基在高锰酸钾的氧化作用下断键生成羧基，得到羧基化的空心海胆状纳米NiCo2O4微球，然后通过1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的活化作用，使NiCo2O4微球修饰的羧基与壳聚糖的氨基进行酰胺化反应，进一步通过戊二醛交联，形成NiCo2O4接枝的交联壳聚糖微球，从而通过化学共价键接枝的方法，将空心海胆状纳米NiCo2O4微球高度分散在交联壳聚糖微球基体中，减少了NiCo2O4微球的团聚，再通过高温碳化和氢氧化钾刻蚀活化，得到高度分散的NiCo2O4负载多孔碳的锂离子电池负极材料。该一种高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料，空心海胆状纳米NiCo2O4微球高度分散和均匀分布在多孔碳的基体中，减少了团聚现象，还原大量的锂离子脱嵌的活性位点，并且多孔碳层可以起到支撑的作用，保护NiCo2O4微球的空心海胆状形貌不塌陷，减小负极材料的容量衰减，提高循环稳定性，并且含氮丰富的交联壳聚糖微球碳化得到的是氮掺杂多孔碳，氮掺杂可以通过多孔碳材料的导电性和吸附位点，提高负极材料的电子电导率和锂离子扩散系数，使高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料具有更高的比容量和优异的电化学循环稳定性。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高度分散的NiCo

【技术特征摘要】
1.一种高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料制备方法如下所示：
(1)向反应釜中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂、硝酸钴、硝酸镍、尿素和油酸，加热至110-130℃，反应5-8h，再升温至180-200℃，反应10-20h，制备得到油酸修饰空心海胆状纳米NiCo2O4微球；
(2)向蒸馏水溶剂中加入油酸修饰空心海胆状NiCo2O4纳米微球，超声分散均匀后加入高锰酸钾，置于超声反应装置中，进行进行超声反应5-10h，制备得到羧基化NiCo2O4纳米微球；
(3)向蒸馏水溶剂中加入壳聚糖和羧基化NiCo2O4纳米微球，超声分散均匀后缓慢滴加醋酸直至壳聚糖溶解，再加入缩合剂，在氮气氛围下加入硫酸钠和氢氧化钠，反应2-6h，制备得到纳米NiCo2O4接枝壳聚糖；
(4)向蒸馏水溶剂中加入纳米NiCo2O4接枝壳聚糖和交联剂戊二醛，加热至50-80℃，反应6-12h，制备得到NiCo2O4接枝的交联壳聚糖微球；
(5)将NiCo2O4接枝的交联壳聚糖微球置于气氛炉中，进行碳化过程，制备得到高度分散的NiCo2O4-氮掺杂碳材料；
(6)将高度分散的NiCo2O4-氮掺杂碳材料与氢氧化钾混合均匀，质量比为10:20-35，置于气氛炉中，进行热活化过程制备得到高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料。


2.根据权利要求1所述的一种高度分散的NiCo2O4-多孔碳的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述步骤(1)中的硝酸钴、硝酸镍、尿素和油酸的物质的量比为100:50:700-800:150-250。

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【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，
申请(专利权)人：桐乡市艾维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33