一种NiCoO制造技术

本发明专利技术公开了一种NiCoO

【技术实现步骤摘要】
一种NiCoO
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/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池电极材料
，具体涉及一种NiCoOx/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]在锂离子电池
中，当前商用的负极材料主要为石墨类材料，然而该类材料存在不少缺点，例如：理论比容量低；寿命短；首次充放电效率低；热稳定性不好等。
[0003]与石墨类材料相比，过渡金属氧化物因其独特的储锂机制能够呈现出相对高的可逆比容量而成为研究热点。其中，Co3O4性质稳定、具有较高的比容量，NiO 储锂容量高，具有较高的比容量，二者是目前研究比较多的金属氧化物负极材料。但这两种金属氧化物的电子和离子的扩散系数不大，导致其循环性能和导电性能较差。
[0004]目前有研究证明材料纳米化是解决上述问题的有效途径之一。纳米材料具有比表面积大、离子嵌入和脱出路径短等特点，削弱了电极在充放电时的极化程度，抑制了脱嵌锂过程中引起的体积变化，使可逆容量和循环能力都得到提高。但是纳米颗粒容易发生团聚。然而，具有特殊形貌的纳米材料能防止团聚现象，保持纳米材料在循环中的结构稳定，提高循环性能。另外，特殊形貌还能够提髙电极与电解液的接触面积，缩短锂离子和电子的扩散距离，提供额外的锂离子储存空间。虽然目前关于制备纳米Co3O4和NiO的电池负极材料的方法不少，但是这些方法通常比较复杂，可控性差，且制备出的Co3O4和NiO的锂离子电池性能不高。因此亟需研发一种操作简单，可控性好的电池负极材料的制备方法。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的上述问题，本专利技术提供了一种NiCoO
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/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种NiCoO
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/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：首先对Al、Co、Ni三元合金进行脱合金处理，将所得脱合金材料依次在醇类溶剂和氨丙基三甲氧基硅烷中超声处理得到前驱体，之后将所述前驱体置于氧化石墨烯分散液中，加入氨水，反应结束后加入柠檬酸，继续反应得到中间体，然后对所述中间体加热并保温即得所述锂离子电池负极材料。
[0008]优选的，所述三元合金中Al的原子百分比为80％，Co的原子百分比为5％、 10％或15％；所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇及异丙醇。
[0009]优选的，所述脱合金处理的具体方法为：将三元合金置于双氧水中，加入强碱溶液进行反应。
[0010]优选的，所述双氧水的浓度为3.0～9.8M，所述强碱溶液为浓度为0.1～6M 的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述强碱的物质的量为脱合金反应当量的100 倍；所述反应温度为25～60℃，时间为2～12h。
[0011]脱合金反应可以将合金中的Al腐蚀去除，得到多孔结构。
[0012]将脱合金后的材料在醇类溶剂中超声处理，使其均匀分散，之后在氨丙基三甲氧基硅烷中超声处理，氨丙基三甲氧基硅烷嫁接在脱合金后的氧化物表面，提供大量氨基，带正电荷，因此，之后再加入带负电的氧化石墨烯，利用静电吸附作用，使得氧化物可以与氧化石墨烯紧密结合。
[0013]优选的，所述前驱体与氧化石墨烯的质量比为(10～30)∶1。
[0014]优选的，所述氨水的浓度为1～5vol.％；所述加入柠檬酸后，加热至70～ 90℃，继续反应得到中间体。
[0015]氨丙基三甲氧基硅烷容易自催化水解，加入氨水以减缓其水解，之后加入柠檬酸作为还原剂，将氧化石墨烯还原成石墨烯。
[0016]优选的，得到中间体后还包括对所述中间体进行纯化的操作，具体方法为：首先水洗至上清液pH为7，之后真空干燥。
[0017]优选的，所述加热至300～600℃，所述保温时间为5～10h，所述加热及保温均在非还原性气氛中进行。
[0018]对中间体在非还原性气氛中加热并保温，以提高其结晶性。
[0019]本专利技术还提供了一种根据上述制备方法制备得到的NiCoO
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/石墨烯锂离子电池负极材料。
[0020]本专利技术制备得到的锂离子电池负极材料为由直径为100nm的纳米片为基本单元构成的长为3～4μm的微米级树枝状材料，与石墨烯片层结构无规律性复合材料，或由直径为5nm、长30nm的纳米棒为基本单元构成的尺寸为300nm的纳米颗粒密堆积材料。
[0021]本专利技术还提供了上述NiCoO
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/石墨烯锂离子电池负极材料在锂离子电池中的应用。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术通过将Ni、Co、Al三元合金在强电解质溶液中自由腐蚀，利用氧化物与氧化石墨之间的静电吸附作用实现高活性的复合金属氧化物/石墨烯纳米复合材料的可控制备，采用该方法制备的材料，成分与结构可控，目标材料零损耗，适于大规模生产；氧化物与石墨烯的复合能综合两种成分的优点，改善单一材料的电化学性能。
[0024]本专利技术制备得到的锂离子电池负极材料为由纳米片为基本单元构成的微米级树枝状材料与石墨烯片层结构无规律性复合材料，或由纳米棒为基本单元构成的纳米颗粒密堆积材料，其是由纳米材料作为基本单元构成的微米材料，即微纳结构。其中，以纳米片或者纳米棒为基本单元，纳米材料表面活化能高，比表面积大，具有丰富的活性位点，用作锂离子电池负极材料可以提高储锂容量，提高锂离子的扩散速率；整体的微米级树枝状结构具有高的振实密度，不仅能够防止纳米片的团聚，还能有效地缓解锂离子在脱嵌过程中导致的体积膨胀，改善材料的循环稳定性。本专利技术制备得到的电极材料用于锂离子电池中表现出优异的循环稳定性和高的放电比容量，能够作为锂离子负极材料被广泛使用。
[0025]本专利技术合成工艺简单、易于控制、不需要添加表面活性剂、样品纯度高、适于大规模生产。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为实施例1制备的锂离子电池负极材料不同倍率下的扫描电镜图，图1 中a为低倍率下的扫描电镜图，b为高倍率下的扫描电镜图；
[0028]图2为实施例1制备的锂离子电池负极材料制成的电池在电流密度为100 mA/g时电池的前三圈充放电曲线图；
[0029]图3为实施例1制备的锂离子电池负极材料制成的电池在电流密度为100 mA/g时的循环性能图；
[0030]图4为实施例1制备的锂离子电池负极材料制成的电池的倍率性能图；
[0031]图5为实施例2制备的锂离子电池负极材料不同倍率下的扫描电镜图，图5 中a为低倍率下的扫描电镜图，b为高倍率下的扫描电镜图；
[0032]图6为实施例2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NiCoO
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/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先对Al、Co、Ni三元合金进行脱合金处理，将所得脱合金材料依次在醇类溶剂和氨丙基三甲氧基硅烷中超声处理得到前驱体，之后将所述前驱体置于氧化石墨烯分散液中，加入氨水，反应结束后加入柠檬酸，继续反应得到中间体，然后对所述中间体加热并保温即得所述锂离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三元合金中Al的原子百分比为80％，Co的原子百分比为5％、10％或15％；所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇及异丙醇。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脱合金处理的具体方法为：将三元合金置于双氧水中，加入强碱溶液进行反应。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述双氧水的浓度为3.0～9.8M，所述强碱溶液为浓度为0.1～6M的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述强碱的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东玮，王康，王玮杰，李勇，许冠辰，李成龙，张作瑞，
申请(专利权)人：枣庄振兴炭材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：