一种氧化镍表面碳/氮含量比可调的氮掺杂碳包裹层的制备方法，以碳酸氢镍纳米粒子为前驱体，以1,3-二烷基取代咪唑盐离子液体为包覆剂，160～200°C进行溶剂热法处理，产物经过碳化，在氧化镍表面形成碳/氮比可调的氮掺杂碳包裹层。所述的方法通过选择不同碳/氮比的离子液体对前驱体进行包覆，经热处理后即可在空心多孔氧化镍表面包覆碳/氮含量比可调的氮掺杂碳层。本发明专利技术提供了一种简单、有效的氮掺杂碳包覆层中的碳/氮含量比的可调方法，将氮掺杂碳层包覆在空心多孔氧化镍纳米材料表面，大幅提高了氧化镍的导电性和放电稳定性，特别适用于锂离子二次电极负极材料；本发明专利技术方法简单、经济，适合工业化大规模生产。
【技术实现步骤摘要】
—种氧化镍表面碳/氮含量比可调的氮掺杂碳包裹层的制备方法
本专利技术涉及一种氧化镍包裹层的制备方法，具体涉及，该方法制备的碳/氮比可调的氮掺杂碳包裹层可对氧化镍纳米粒子进行表面修饰，形成的复合材料作为锂离子二次电池负极活性材料，属于材料化学和能源电池
。
技术介绍
锂离子电池因其具有能量密度高、输出电压高、循环性能好、使用寿命长、绿色环保的优良性质，近年来已广泛应用于便捷式电子产品、军事工业、航空航天等领域，在未来电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)的动力装置应用领域中也具有广阔的前景，因此提高锂离子电池性能是目前研究的热点。其中，电极材料的选择是锂离子电池性能的关键因素。作为重要的无机材料之一，氧化镍具有自然储藏丰富、价格低廉、热稳定性好等优点，目前已经在催化、气体传感器、磁性材料等诸多领域中得到了广泛的应用。氧化镍作为锂离子电池负极材料具有理论比容量高(718 mAh/g)、环境友好等优点。氧化镍是目前应用较为广泛的新一代锂离子电池负极材料之一。但由于氧化镍自身的结构特点和传统方法制备等原因，锂离子在氧化镍颗粒中的扩散速率很低，电池充放电稳定性差等问题。随着对电池性能要求的不断提高，尤其是动力锂离子电池对能量密度和功率密度的双重高要求，开发新型的锂离子电池电极材料，特别是负极材料日益迫切。目前，氧化镍是重要的锂离子电池负极材料之一。三维多孔的纳米级空心球能有效地缩短离子和电子在其内部的迁移距离，并使得电极材料和导电剂能够更为均匀高效的混合，从而提高材料内部的锂离子及电子的扩散和传输速率，并改善充放电过程中的动力学特征。而采用合适的碳层材料对氧化镍材料进行表面修饰，有利于进一步提高氧化镍的利用率和导电性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氧化镍表面的碳/氮含量比可调的氮掺杂碳包裹层的制备方法，根据本专利技术方法制备的表面包覆碳/氮含量比可调的氮掺杂碳层的空心多孔氧化镍纳米材料，适合用于锂离子二次电极负极材料。本专利技术的包裹在空心多孔氧化镍纳米材料上的碳/氮含量比可调的氮掺杂碳层的制备方法，碳/氮含量比可调节，是以不同的离子液体为包覆剂，形成包裹在空心多孔氧化镍纳米材料上的碳/氮比可调的氮掺杂碳层。本专利技术采用如下技术方案: ，其特征在于，将前驱体纳米碳酸氢镍分散在包覆剂1，3 - 二烷基取代咪唑盐离子液体中，160?200 ° C进行溶剂热法处理，所得产物洗涤、干燥后，氩气气氛下进行热处理(以2 ° C/min程序升温至300?500 ° C)，即在氧化镍纳米材料表面形成氮掺杂碳包裹层。所述的方法中，前驱体纳米碳酸氢镍和1，3 -二烷基取代咪唑盐离子液体摩尔比是 1:50 ?150。所述的1，3 - 二烷基取代咪唑盐优选1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，更优选地，其中的1-烷基为C1-C6烷基。所述的方法中，溶剂热法处理的优选条件为160?200 ° C，3?5h。所述的前驱体纳米碳酸氢镍采用溶剂热方法制备，将尿素、六水合氯化镍、醋酸钠在乙二醇中分散形成混合液，将该混合液160?200 ° C进行溶剂热反应，产物经洗涤、干燥后即得到碳酸氢镍纳米球前驱体。所述的混合液中六水合氯化镍和醋酸钠的摩尔比为1:3?5，六水合氯化镍与尿素摩尔比为1:3.5?5.5，六水合氯化镍与乙二醇的摩尔比为1:95?100。所述的方法中，溶剂热反应的优选条件为160?200 ° C，18?24 h。具体地，所述的包裹在空心多孔氧化镍纳米材料表面的碳/氮含量比可调的氮掺杂碳层的制备方法，包括如下步骤: I)在乙二醇中，加入尿素、六水合氯化镍和醋酸钠，在20?25 ° C下磁力搅拌3?5h，形成分散均匀的混合液，将混合液置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，在160?200° C下溶剂热反应18?24 h，反应产物冷却至室温，离心洗涤，在60?100 ° C下干燥12?24 h，得到前驱体碳酸氢镍纳米球。2)在1，3 -二烷基取代咪唑盐离子液体中加入步骤I)中所得产物，超声分散均匀后置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，在160?200 ° C下溶剂热法处理3?5 h，反应产物冷却至室温，经离心分离后在80?120 ° C下真空干燥12?24 h。3)将步骤2)中得到的干燥产物置于管式炉中，氩气气氛下以2 ° C /min程序升温至300?500 ° C进行热处理，冷却至室温，即得到包覆在空心多孔氧化镍纳米材料表面的氮掺杂碳层。步骤I)中，所述的混合液中六水合氯化镍和醋酸钠的摩尔比为1:3?5，六水合氯化镍与尿素摩尔比为1:3.5?5.5,六水合氯化镍和乙二醇的摩尔比为1:95100。步骤2)中前驱体碳酸氢镍的用量为30?80 mg，离子液体的用量为5?10 mL。步骤2)所用的离子液体优选为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体和1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体。本专利技术得到碳/氮含量比可调的氮掺杂碳层，从TEM电镜图(图1?3)中可以观察到其均匀包覆在空心多孔氧化镍纳米材料表面。XPS光谱谱图中(图4?6)可见不同离子液体包覆剂形成的碳/氮含量比可调的氮掺杂碳层中碳、氮元素的特征峰，经计算得到:三种氮掺杂碳层中碳/氮质量比分别为5:1、7.5:1、10:1。本专利技术方法以离子液体为包覆剂，形成包裹在空心多孔氧化镍纳米材料上的碳/氮比可调的氮掺杂碳层，与传统固体碳修饰材料相比，用氮掺杂碳层材料对氧化镍材料进行表面修饰，有利于提高氧化镍的导电性，进而提高氧化镍的利用率。这归因于离子液体所具备的流体性能使其能很容易渗透到多孔性材料中。而且，碳层中氮元素的存在，改变了碳层中碳原子周围的电子云分布，使得氮掺杂的碳层相较于普通碳层具备更优异的导电性能和稳定的电化学性能，从而提高了碳层的导电性和锂离子电池的循环性能。此外通过选择不同的离子液体，可以有效地控制表面碳修饰层中的碳/氮含量比。选择不同的离子液体与碳酸氢镍前驱体进行溶剂热处理，即可得到表面包覆层碳/氮含量比可调的氮掺杂碳层修饰的空心多孔氧化镍纳米复合材料。以该复合材料为锂离子电池负极材料制备锂离子电池，大幅提高了锂离子电池的电化学性能和循环性能。本专利技术具有以下有益效果:根据本专利技术方法，空心多孔氧化镍纳米材料表面包覆的氮掺杂碳层具有碳/氮含量比可调性，可以通过使用不同的离子液体有效地调节碳层中碳/氮元素的比例。通过调节空心多孔氧化镍纳米材料包覆层中碳/氮的比例，进一步提高材料的导电性，增加材料的电化学性能。将该碳/氮含量比可调的氮掺杂碳层包裹在空心多孔氧化镍纳米材料表面制得复合材料，并将此复合材料用于锂离子电池负极材料，从而获得放电比容量大、放电性能好、循环稳定性高的锂离子电池。本专利技术的碳/氮含量比可调的氮掺杂碳层的制备方法简单有效、节能环保，易于推广并大规模生产，在高性能的锂离子电池开发应用领域具有重要意义。下面结合具体实施例对本专利技术进行详细描述。本专利技术的保护范围并不以【具体实施方式】为限，而是由权利要求加以限定。【附图说明】图1为实施例1中空心多孔氧化镍纳米材料表面碳/氮含量比约为5:1的氮掺杂碳层透射电镜图。图2为实施例2中空心多孔氧化镍纳米材料表面碳/氮含量比约为7.5:1的氮掺杂碳层透射电镜图。图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧化镍表面碳/氮含量比可调的氮掺杂碳包裹层的制备方法，其特征在于，将前驱体纳米碳酸氢镍分散在包覆剂1,?3??二烷基取代咪唑盐离子液体中，160～200?°C进行溶剂热法处理3～5?h，所得产物经洗涤、干燥后，氩气气氛下进行热处理，即在氧化镍纳米材料表面得到氮掺杂碳包裹层。
【技术特征摘要】
1.一种氧化镍表面碳/氮含量比可调的氮掺杂碳包裹层的制备方法，其特征在于，将前驱体纳米碳酸氢镍分散在包覆剂1，3 - 二烷基取代咪唑盐离子液体中，160?200 ° C进行溶剂热法处理3?5 h，所得产物经洗涤、干燥后，氩气气氛下进行热处理，即在氧化镍纳米材料表面得到氮掺杂碳包裹层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述的包覆剂1，3- 二烷基取代咪唑盐离子液体选自1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体，其中的1-烷基为C1-C6烷基。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:所述的包覆剂离子液体分别是1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体和1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于:所述的前驱体纳米碳酸氢镍和I, 3 -二烷基取代咪唑盐离子液体摩尔比是1:50?150。5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于:所述的热处理方法是以2° C/min程序升温至300?500 ° C。6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于:所述的前驱体纳米碳酸氢镍采用溶剂热方法制备，将尿素、六水合氯化镍、醋酸钠在乙二醇中分散形成混合液，将该混合液160?20...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪叶猛，蔡称心，印亚静，吴萍，张卉，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。