[发明专利]负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳球负极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳球复合材料及制备方法，属于锂离子电池负极材料技术。

背景技术

锂离子电池由于具有大容量、快速充放电性能、超长寿命、安全性、小体积轻重量和绿色环保的性能，而成为重要的便携设备和动力装置的储能电源。尤其是近些年动力汽车的发展，对锂离子电池提出了新的要求。然而，目前研制的锂离子电池负极材料的能量密度和功率密度尚需提高，因此，制备同时具有高能量密度和功率密度的负极材料是当今迫切需要解决的问题。

与石墨材料相比，硬碳负极材料具备制备温度低、比容量高、循环稳定性好、安全性能较好、易与其他材料形成复合材料的特点。然而，传统碳材料的比容量不能满足动力电池对高能量密度的要求。与传统碳材料相比，金属氧化物负极材料具有较高的理论比容量。然而，由于导电性差、体积膨胀等原因，金属氧化物负极材料的电化学性能不能得到有效发挥。因此制备硬碳-氧化镍复合材料，利用传统硬碳材料的稳定基体作用和新型金属氧化物材料较高的理论比容量，制备新型锂离子电池负极材料，具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳球负极材料及制备方法。所述的负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳球负极材料具有良好的电化学性能，其制备方法过程简单。

本发明是通过以下技术方案加以实现的。一种负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳球负极材料，其特征在于，该负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳球负极材料是以粒径为100-200 nm的硬碳球为基体，在该基体上的缺陷、含氧官能团处以化学键钉扎着5-10 nm的氧化镍颗粒，其中，硬碳球与氧化镍的的质量比为1：（0.25-0.3）。

上述结构的负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳球负极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将无水葡萄糖加入到去离子水中，配制成浓度为1.5-2.5 mol/L的葡萄糖水溶液，先后经过超声分散和磁力搅拌，得到混合均匀的葡萄糖水溶液，将该葡萄糖水溶液转移至水热反应釜内，在温度150℃-180℃下反应8-12 h，用冷水降温至室温，反应产物先后用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤至洗涤液澄清透明，随后在温度-40℃至-50℃进行冷冻干燥，将冷冻干燥后的前驱体置于管式炉中，在全程通入Ar保护条件下，以10℃/min的升温速率升温至600℃-1000℃，保温6-10h，然后，冷却到室温得到粒径为100-200 nm的多孔硬碳球材料；

2）将步骤1）制得多孔硬碳球材料与六水硝酸镍（NiNO₃·6H₂O）按质量比为1:1的比加入乙醇溶液中，经过超声分散和磁力搅拌得混合均匀溶液，将该溶液在温度65℃-80℃下搅拌蒸干溶剂，蒸干后的产物置于管式炉中，在通入H₂保护条件下，以10℃/min的升温速率升温至350-450℃，保温0.8-1.5h，随炉冷却至室温，并利用Ar排净H₂，通入空气条件下，以10℃/min的速率升温至250℃，保温3-6h，得到负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳球负极材料。

本发明具有以下优点和效果：制备工艺简单稳定，重复性好。所得均匀负载氧化镍纳米颗粒的硬碳负极材料，纳米氧化镍颗粒均匀分散在硬碳球基体上；硬碳基体上的表面官能团和纳米多孔使得氧化镍和硬碳材料牢固结合。硬碳基体对氧化镍颗粒的钉扎作用有效组织了氧化镍在脱嵌锂过程中的团聚和体积膨胀，有利于发挥氧化镍的电化学活性。二者之间的牢固键合也有利于离子和电子传输。所得材料具有良好的循环性能和倍率性能。该制备方法可以普遍应用在制备硬碳-其他金属氧化物复合材料上，有效钉扎金属氧化物颗粒，提高负极材料的倍率性能。

附图说明

图 1 为本发明实施例1制得的负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳材料的扫描电镜照片。

图 2 为本发明实施例1 制得的负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳材料的透射照片。

图 3 为本发明实施例1 制得的负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳材料的X射线衍射图示。

图 4 为本发明实施例1 制得的负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳材料的等温吸脱附曲线。

图 5 为本发明实施例1制得的负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳材料的孔径分布曲线。

图 6为本发明实施例1 制得的负载氧化镍纳米颗粒的多孔硬碳负极材料的倍率性能曲线。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明，该实施例只用于说明本发明，并不限制本发明。

实施例1