[发明专利]锂离子电池及氧化镍-镍-氧化镍纳米管阵列的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池和氧化镍‑镍‑氧化镍纳米管阵列的制备方法。所述锂离子电池包括镍纳米管阵列复合电极，所述镍纳米管阵列复合电极由氧化镍‑镍‑氧化镍纳米管阵列制成。所述锂离子电池通过包括具有氧化镍‑镍‑氧化镍三明治结构的镍纳米管阵列复合电极，能同时增强锂离子电池中电极系统的电子和电解液离子的传输，在保证高比容量的同时，还获得了优越的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，特别涉及一种包括氧化镍-镍-氧化镍纳米管阵列的锂离子电池。

背景技术

便携式智能可穿戴电子设备以及电动汽车的快速发展和普及，对与其所配套的能量存储设备在能量密度、功率密度、倍率性能以及循环稳定性等方面提出了更高的要求。

锂离子电池凭借其高能量密度的优势被认为是一种很有前途的储能设备。在锂离子电池的电极储能材料中，碳材料由于理论容量较低，不能满足对高能量的需要；而具有较高理论容量的过渡金属氧化物因其固有较差的电子和离子传输性能，其实际容量和应用受到了限制。传统的平面电极通常采用涂布的方法，通过使用不导电的聚合物粘结剂把过渡金属氧化物涂布在导电基底上以保持电接触。然而，聚合物粘结剂的引入导致了活性物质颗粒之间以及活性物质颗粒与集流体之间接触电阻的增加而使电池系统的功率、倍率以及循环性能恶化。另外，大多数金属/氧化物复合电极涉及到复杂的制备工艺，导致生产效率的降低和生产成本的提高。

发明内容

为此，本发明提供了一种锂离子电池，通过包括具有氧化镍-镍-氧化镍三明治结构的镍纳米管阵列复合电极，能同时增强锂离子电池中电极系统的电子和电解液离子的传输，在保证高比容量的同时，还获得了优越的倍率性能和循环稳定性。

根据本发明的一个方面，提供一种锂离子电池，包括镍纳米管阵列复合电极，所述镍纳米管阵列复合电极由氧化镍-镍-氧化镍纳米管阵列制成。

优选地，所述氧化镍-镍-氧化镍纳米管阵列是管壁内外两侧表面具有氧化镍层的镍纳米管的阵列。

优选地，所述氧化镍-镍-氧化镍纳米管阵列的长度为600～1000nm，直径为200～400nm，厚度为80～90nm。

根据本发明的另一个方面，提供一种氧化镍-镍-氧化镍纳米管阵列的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在镍箔上电化学沉积Ni_xCu_100-x合金膜，其中x＝30～80；

步骤二、对所述Ni_xCu_100-x合金膜进行去合金化，得到表面具有氧化膜的镍膜；

步骤三、将所述镍膜在酸性水溶液中浸泡，以去除所述镍膜表面的氧化膜；

步骤四、将经过步骤三处理的镍膜在30～80℃下加热5～10小时，得到镍纳米管阵列；

步骤五、将所述镍纳米管阵列在100～600℃下退火5～20分钟，得到所述氧化镍-镍-氧化镍纳米管阵列。

优选地，步骤一的电化学沉积在以下组成的溶液中进行：1～5M NiSO₄，0.05～0.25M CuSO₄和0.5～2.5M H₃BO₃，并且所述溶液的pH值为2～8。

优选地，步骤一在-5～-1mA·cm^-2的电流密度下进行10～30分钟。

步骤二在相对于Li⁺/Li为0.1～1V的电压下，并且在与步骤一相同组成的溶液中进行。

优选地，步骤三在0.1～1M的盐酸溶液中进行5～20分钟。

根据本发明的另一个方面，提供一种镍纳米管阵列复合电极，包括上述氧化镍-镍-氧化镍纳米管阵列。