一种氧化镍复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于能源存储技术领域，公开了一种氧化镍复合材料及其制备方法和应用。该氧化镍复合材料包括球形的氧化镍和生长在氧化镍表面的二硫化铼。二硫化铼既能增大电解质和材料的接触面积，又能够缓解电池运行过程中材料发生的膨胀，使制得的氧化镍复合材料作为钠离子电池阳极材料，其倍率性能优异，电池在0.1A/g的电流密度下能达到600mAh/g的高比容量。本发明专利技术提供的制备方法先制备碳球，利用碳球表面吸附镍离子形成表面覆盖镍离子的碳球结构，然后煅烧得到球形NiO，再在NiO表面生长二硫化铼纳米片。制备的氧化镍复合材料结构独特，形貌可控；且该制备方法简单，操作容易，产出率高。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镍复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于能源存储
，具体涉及一种氧化镍复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，锂离子电池(LIBs)凭借着其便利性、高能量密度值和高安全性成为了多种便携式电子和电动代步工具的重要能源。然而，长期的大规模应用导致锂离子资源稀缺，不利于可持续发展。钠离子电池(SIBs)由于其低成本、资源丰富等优势有望成为一种很有前途的锂离子电池替代品，在近期受到了越来越多科学家的关注。制作出一种高能量密度高循环稳定性的阳极材料从而实现电池的高效性能仍然是一个很具有挑战性的工作。NiO具有较高的理论容量(718mAh/g)、较高的耐腐蚀性和较低的材料加工成本，与其他几种氧化物相比，NiO更能受到科学家们的关注。电极材料的导电速率影响电池的性能，同时，材料在电池运行过程中会发生体积膨胀，体积膨胀得太大会影响材料反应放电的稳定性从而影响电池的性能。由于NiO在转化反应中由于电导率低和体积变化大，其容量保持性或电荷转移能力差。为了提高NiO的可逆容量、循环稳定性和倍率性能，对NiO进行了优化，例如利用碳质材料作为基底，利用碳的高导电率提升电池的性能；缩小材料的体积从而提高以及增加氧化铁颗粒之间的电子接触等。但是目前合成的NiO复合结构材料，其合成步骤复杂，产出的效率较低，作为电池阳极时，仍然有体积膨胀，倍率性能较差，形貌的可控性也不强。因此，亟需提供一种氧化镍复合材料，作为电池阳极材料，能够减少体积膨胀，有效提高电池的倍率性能。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种氧化镍复合材料，其形貌的可控性强，作为电池阳极材料，能够减少体积膨胀，有效提高电池的倍率性能。专利技术构思：本专利技术针对氧化镍单独作为电池阳极材料所存在的缺陷和限制，设计出了一种氧化镍复合材料。利用碳球吸附镍离子，制备出球形的氧化镍，然后在氧化镍表面生长二硫化铼纳米片。利用碳的参与增加材料整体导电性能；表面的二硫化铼纳米片能够增大电解质和材料的接触面积，同时又能缓解电池运行过程中材料发生的膨胀现象；制得的氧化镍复合材料作为电池阳极材料，其倍率性能优异，能够有提高电池的比容量和寿命。本专利技术第一方面提供了一种氧化镍复合材料。具体的，所述氧化镍复合材料，包括球形的氧化镍和生长在所述氧化镍表面的二硫化铼。二硫化铼是一种具有独特晶体结构的纳米片，其晶体间间隙较大，能够允许类似Na+等大颗粒金属离子的嵌入脱出，其生长在氧化镍表面形成的复合材料结构独特，形貌可控，稳定性强，能够增大电解质和材料的接触面积，能够缓解电池运行过程中材料发生的膨胀现象。优选的，所述氧化镍复合材料的尺寸为微纳米级。优选的，在所述氧化镍复合材料中所述氧化镍与所述二硫化铼的质量比为(20-40)：(100-120)。本专利技术第二方面提供了一种氧化镍复合材料的制备方法。具体的，一种氧化镍复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将碳源和表面活性剂混合，水热反应，过滤，得黑色固体，烘烤，制得碳球；(2)配制可溶性镍盐的溶液，加入步骤(1)制得的所述碳球，反应，过滤得沉淀，将所述沉淀放置，煅烧，制得球形的氧化镍；(3)将步骤(2)制得的所述氧化镍与制备二硫化铼的原料混合，反应，过滤得沉淀，制得所述氧化镍复合材料。优选的，在步骤(1)中，所述碳源为糖类；进一步优选的，所述碳源为葡萄糖。优选的，在步骤(1)中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。十六烷基三甲基溴化铵利于球形形貌的形成。优选的，在步骤(1)中，所述碳源与所述表面活性剂的质量比为(10-20):1；进一步优选的，所述碳源与所述表面活性剂的质量比为(12-18):1；更优选的，所述碳源与所述表面活性剂的质量比为15:1。该比例有利于球形形貌的形成，使形成的碳球更均一，结构更稳定。优选的，在步骤(1)中，所述水热反应的温度为160-200℃，所述水热反应的时间为2-8h；进一步优选的，在步骤(1)中，所述水热反应的温度为170-190℃，所述水热反应的时间为3-5h。优选的，在步骤(1)中，所述烘烤的温度为50-70℃，所述烘烤的时间为8-15h。优选的，在步骤(2)中，所述可溶性镍盐选自醋酸镍、硝酸镍或氯化镍中的至少一种。优选的，在步骤(2)中，所述溶液中的溶剂为乙醇和水的混合液。水和醇的混合液的溶解度高，能够充分地溶解可溶性镍盐，释放出游离的镍离子，在反应时更有利于碳球的吸附。优选的，在步骤(2)中，所述反应的温度为35-50℃，所述反应的时间为8-15h。优选的，在步骤(2)中，所述放置的时间为8-15h。优选的，在步骤(2)中，所述煅烧的温度为400-600℃，所述煅烧的升温速率为2-5℃/h，所述煅烧的时间为1-3h。所述煅烧过程将吸附的Ni离子氧化成NiO，并将碳球部分烧掉，剩下球形的NiO。煅烧可以提高NiO的结晶度和NiO的导电性能。优选的，在步骤(3)中，所述制备二硫化铼的原料为高铼酸铵、硫脲和盐酸羟胺。进一步优选的，所述高铼酸铵、所述硫脲和所述盐酸羟胺的摩尔比为(1-3):(8-10):(4-6)。通过控制生成二硫化铼的原料，以及其用量，能够更好地控制二硫化铼在氧化镍表面的形成，提高产率。优选的，在步骤(3)中，所述反应的温度为220-260℃，所述反应的时间为15-30h。本专利技术第三方面提供了一种氧化镍复合材料的应用。具体的，所述氧化镍复合材料在制备电池中的应用。一种电池阳极材料，包括所述氧化镍复合材料。一种钠离子电池阳极材料，包括所述氧化镍复合材料。一种锂离子电池阳极材料，包括所述氧化镍复合材料。一种电池，包括所述的氧化镍复合材料。相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术提供的氧化镍复合材料包括球形的氧化镍和生长在所述氧化镍表面的二硫化铼，氧化镍具有高理论容量，而二硫化铼既能增大电解质和材料的接触面积，又缓解电池运行过程中材料发生的膨胀。使制得的氧化镍复合材料作为钠离子电池阳极材料时，其倍率性能优异，电池在0.1A/g的电流密度下能达到600mAh/g的高比容量。(2)本专利技术提供的制备方法先制备碳球，利用碳球表面吸附镍离子形成表面覆盖镍离子的碳球结构，然后煅烧得到球形NiO，再在NiO表面生长二硫化铼纳米片。制备的氧化镍复合材料结构独特，形貌可控；且该制备方法简单，操作容易，产出率高。附图说明图1为实施例1制备氧化镍复合材料的工艺流程图；图2为实施例1制得的氧化镍复合材料的SEM图；图3为实施例1制得的氧化镍复合材料作为钠离子电池阳极材料的倍率性能图；图4为对比例2制得的纯ReS2材料作为钠离子电池阳极材料的倍率性能图。具体实施方式为了让本领域技术人员更加清楚明白本专利技术所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化镍复合材料，其特征在于，包括球形的氧化镍和生长在所述氧化镍表面的二硫化铼。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化镍复合材料，其特征在于，包括球形的氧化镍和生长在所述氧化镍表面的二硫化铼。


2.根据权利要求1所述的氧化镍复合材料，其特征在于，所述氧化镍复合材料的尺寸为微纳米级。


3.权利要求1或2所述的氧化镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碳源和表面活性剂混合，水热反应，过滤，得固体，烘烤，制得碳球；
(2)配制可溶性镍盐的溶液，加入步骤(1)制得的所述碳球，反应，过滤得沉淀，将所述沉淀放置，煅烧，制得球形的氧化镍；
(3)将步骤(2)制得的所述氧化镍与制备二硫化铼的原料混合，反应，过滤得沉淀，制得所述氧化镍复合材料。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳源为糖类；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：范浩森，林晋毅，郑文芝，刘芝婷，杨伟，蔡泽林，黄卓伟，陈逊杰，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44