一种负极材料为氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料的锂离子电池，包括正、负电极片、电解液和隔膜，其特征在于所述的负极电极片的活性材料为以离子液体为包覆剂形成的氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料，所述的空心多孔氧化镍的粒径为200～300nm，其表面包裹一层分布均匀的氮掺杂碳层薄膜。根据本发明专利技术的锂离子电池，负极材料具有独特的氮掺杂碳层包裹的空心多孔结构，粒径小，分散性好，材料的电导性能好，锂离子及电子在其中扩散和传输速率快，基于所述的材料构造的锂离子电池具有放电性能好、循环稳定性高及比容量大的特点。本发明专利技术还公开了所述的锂离子电池的制备方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池及其制备方法，特别是涉及一种负极材料为氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料的锂离子电池及其制备方法，属于材料制备和能源电池领域。
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，电极材料的选择是影响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，成为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的材料颗粒尺寸偏大等原因，导致材料内部的电子传导性能差，锂离子在氧化镍颗粒中的扩散速率很低，极大地限制了氧化镍的电化学性能和电池的循环性能。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，开发新型电极材料的锂离子电池日益迫切。目前，氧化镍是重要的锂离子电池负极材料之一。最新的研究发现，氧化镍作为负极材料使用时，其粒径尺寸和形貌对电化学性能有重要影响。因此，如何制备具有特殊形态的氧化镍，是锂离子电池负极材料领域值得探索的一个课题。近年来，三维多孔空心材料的制备一直是材料和化学领域研究的热点之一。粒径在纳米级乃至微米级的多孔空心球具有特殊的空心结构，与块体材料相比具有比表面积大、密度低、稳定性高、单分散性、表面渗透性好和吸附性高等优点。而且，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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料为负极活性材料的锂离子电池及其制备方法，所述的锂离子电池具有电池容量高、充放电循环性能好等特点。本专利技术采用如下技术方案:一种基于氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料的锂离子电池，包括正、负极电极片、电解液和隔膜，其特征在于，所述的负极电极片的活性材料为氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料，所述的复合材料包括空心多孔氧化镍纳米球，其表面包覆一层均匀的氮元素掺杂碳层。所述的空心多孔氧化镍纳米球的粒径为200?300 nm。基于所述氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料为负极材料组装的锂离子电池具有电池容量高、充放电循环性能好等特点。所述的氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料的制备采用溶剂热法合成，将尿素、六水合氯化镍、醋酸钠分散在乙二醇中形成混合液，其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 ;将该混合液于160?200 ° C下进行溶剂热反应，所得产物经洗涤、干燥后即得前驱体碳酸氢镍球形纳米粒子，粒径为200?300 nm ;将该前驱体加入到1_ 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中，于160?200 ° C下进行溶剂热法处理，所得产物经洗涤、干燥后，在氩气气氛下进行热处理(以2 ° C /min程序升温至300?500 ° C)，冷却至室温，即得到氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料，将其作为负极活性材料用于锂离子电池的负极。所述的方法中，前驱体碳酸氢镍和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体摩尔比是1:50?150。所述的方法中，溶剂热反应的优选条件为160?200 ° C，18?24 h。所述的方法中，溶剂热法处理的优选条件为160?200 ° C，3?5h。将上述的负极活性材料与乙炔黑、PVDF (聚偏氟乙烯)和溶剂混合后，制成浆料涂布在金属箔片上，制得负极电极片。本专利技术还涉及所述锂离子电池的制备方法，采用的技术方案是: 一种基于氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤: 1)将尿素、六水合氯化镍、醋酸钠分散在乙二醇中形成混合液，其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的摩尔比为1:3.5?5.5，六水合氯化镍与乙二醇的摩尔比为1:95?100;将该混合液于160?200 ° C下进行溶剂热反应，所得产物经洗涤、干燥即得粒径为200nm?300nm的碳酸氢镍球形纳米粒子前驱体；将该前驱体加入1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中，前驱体碳酸氢镍和1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体摩尔比是1:50?150，再于160?200 ° C下进行溶剂热法处理，所得产物经洗涤、干燥后，在氩气气氛下进行热处理(以2 ° C /min程序升温至300?500° C)，冷却至室温，制得氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料； 2)制备负极电极片:将步骤I)所得到的氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料、乙炔黑、PVDF和溶剂混合后，制成均匀浆料，涂布在金属箔片上，制备得到负极电极片； 3)制备锂离子电池:以步骤2)制得的负极电极片和金属锂正极电极片装配成锂离子电池。更具体地，步骤I)中所述的氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料的制备方法包括以下步骤: I)在乙二醇中，加入尿素、六水合氯化镍和醋酸钠，于20?25 ° C下磁力搅拌3?5h，形成均匀的混合液，将该混合液置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，于160?200° C下溶剂热反应18?24 h，所得反应产物冷却至室温，经离心洗涤后，于60?100 ° C下干燥12?24 h，得到前驱体碳酸氢镍纳米粒子，粒径200?300 nm。2)在1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中加入步骤I)中所得产物，超声分散均匀，将分散液置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，于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，于80?120 ° C下真空干燥12?24h03)将步骤2)中得到的干燥产物置于管式炉中，在氩气气氛下以2 ° C /min程序升温至300?500 ° C进行热处理，冷却至室温，即可得氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料。按照以上合成方法制得的氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料，从SEM和TEM电镜图(图1、2)中可以看出，所述的氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料中氧化镍纳米球粒径约200?300 nm，分散良好，具有空心多孔的球状结构。XRD光谱(图3)显示所述复合材料中氧化镍的(111)、(200)和(220)三个特征晶面，表明材料中存在的氧化镍的晶型，XPS光谱图(图4)则表明包裹层中为碳元素及氮元素，进一步说明本专利技术得到的复合材料为氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料复合材料。所述的步骤2)中，所述的金属箔片优选泡沫铜片。所述的溶剂优选为1-甲基-2-吡咯烷酮。【具体实施方式】中负极电极片的制备方法是:将步骤I)制得的氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料和乙炔黑、PV本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料的锂离子电池，包括正、负极电极片、电解液和隔膜，其特征在于，所述的负极电极片的活性材料为氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料，所述的复合材料包括空心多孔氧化镍纳米球，其表面包覆一层均匀的氮元素掺杂碳层。
【技术特征摘要】
1.一种基于氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料的锂离子电池，包括正、负极电极片、电解液和隔膜，其特征在于，所述的负极电极片的活性材料为氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料，所述的复合材料包括空心多孔氧化镍纳米球，其表面包覆一层均匀的氮元素掺杂碳层。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于:所述的空心多孔氧化镍纳米球的粒径为200~300 nm。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于:所述的氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料的制备采用溶剂热法合成，将尿素、六水合氯化镍、醋酸钠分散在乙二醇中形成混合液，其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的摩尔比为1:3.5^5.5，六水合氯化镍和乙二醇的摩尔比为1:95~100 ;将该混合液于160~200 ° C下进行溶剂热反应，将产物洗涤、干燥，得到粒径为200~300 nm的碳酸氢镍纳米球前驱体；将该前驱体加入1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中，前驱体碳酸氢镍和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体摩尔比是1:50~150，于160~200 ° C下进行溶剂热法处理，将产物洗涤、干燥后，在氩气气氛下以2 ° C /min程序升温至300~500 ° C进行热处理，得到所述的氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料。4.根据权利要求1、2或3所述的锂离子电池，其特征在于:所述的负极活性材料与乙炔黑、PVDF和溶剂混合后，制成浆料涂布在金属箔片上，制得负极电极片。5.一种基于氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料的锂离子电池的制备方法，包括如下步骤: 1)将尿素、六水合氯化镍、醋酸钠分散在乙二醇中形成混合液，其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的摩尔比为1:3.5^5.5，六水合氯化镍和乙二醇的摩尔比为1:95~100 ;将该混合液于160~200 ° C下进行溶剂热反应，所得产物经洗涤、干燥即得粒径为200~300 nm的碳酸氢镍球形纳米粒子前驱体；将此前驱体加入到1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中，前驱体碳酸氢镍和1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体摩尔比是1:50~150，于160~200 ° C下进行溶剂热法处...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡称心，倪叶猛，吴萍，印亚静，张卉，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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