[发明专利]一种核-壳结构的NiO-C复合电极材料的制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，且公开了一种核‑壳结构的NiO‑C复合电极材料，以木质素微球作为碳源，接枝的聚乙烯亚胺作为N源，通过高温碳化和制孔活化，生成N掺杂多孔碳球，均匀吸附的Ni²⁺在高温下，在碳球基体中原位均匀生长成纳米NiO，解决了纳米NiO发生团聚和堆积的现象，暴露出大量的锂离子脱嵌位点，以原位生成的纳米NiO作为核，外侧生长的多孔碳球作为壳，生成独特三维结构的核‑壳结构的NiO‑C复合电极材料，核‑壳结构和丰富的孔隙结构为锂离子提供了传输路径，加速了锂离子的传输，多孔碳球的包覆作用，为纳米NiO的体积膨胀产生的应力提供了缓冲，从而缓解了其体积变化的现象。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种核-壳结构的NiO-C复合电极材料的制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环使用寿命长、工作温度范围广等优点，广泛应用在便携式电子设备、电动助力车和电动汽车等方面，锂离子电池主要是通过锂离子在正极-电解液-负极之间脱嵌，实现电池充放电过程，而影响锂离子电池的电化学性能主要是正极材料和负极材料，目前商业化的锂离子电池负极材料主要是石墨负极材料，石墨碳的结晶度高、导电性能良好，但是石墨碳的理论比容量很低，限制了锂离子电池实际应用。

过渡金属氧化物如铁氧化物、镍氧化物、锰氧化物等，具有很高的理论比容量，并且储量丰富、廉价易得，是一类发展潜力的锂离子电池负极材料，但是这些过渡金属氧化物，如NiO、Fe₃O₄等的电子导电性较差，导致负极材料的倍率性能较差，同时纳米NiO容易发生团聚，减少了锂离子的脱嵌位点，降低了负极材料的实际比容量，并且在锂离子的不断脱嵌过程中，NiO等金属氧化物会存在体积膨胀的问题，导致负极材料容易粉化和分解，使循环稳定性严重下降和比容量衰减快速，因此解决NiO负极材料的倍率性能和循环稳定性是研究重点和难点。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种核-壳结构的NiO-C复合电极材料的制备方法和应用，解决了NiO负极材料的实际比容量较低，循环稳定性较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种核-壳结构的NiO-C复合电极材料，所述核-壳结构的NiO-C复合电极材料的制备方法如下所示：

(1)向反应瓶中加入质量分数为5-10％的氢氧化钠溶液，加入碱木质素和聚乙烯亚胺，在20-40℃下，滴加戊二醛，搅拌反应2-6h，使用蒸馏水离心洗涤，直至上层液澄清，蒸馏水洗涤下层产物，得到聚乙烯亚胺接枝木质素微球。

(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、聚乙烯亚胺接枝木质素微球和无机镍源，进行吸附过程，真空干燥除去溶剂，得到镍基聚乙烯亚胺接枝木质素微球。

(3)将镍基聚乙烯亚胺接枝木质素微球放入管式炉中碳化处理，得到核-壳结构的氮掺杂碳包覆NiO。

(4)将氮掺杂碳包覆NiO和氢氧化钾混合均匀，放入管式炉中制孔活化处理，蒸馏水洗涤产物至中性，得到核-壳结构的NiO-C复合材料。

(5)将核-壳结构的NiO-C复合材料、聚偏氟乙烯和导电炭黑按照质量比8:1:1，放入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，将将浆料涂在铜箔集流体上，通过干燥和压片处理，得到核-壳结构的NiO-C复合电极材料。

优选的，所述碱木质素、聚乙烯亚胺和戊二醛的质量比为100:60-120:10-30。

优选的，所述步骤(2)中的无机镍源为氯化镍、硝酸镍、硫酸镍和醋酸镍中的任意一种，与聚乙烯亚胺接枝木质素微球的质量比为8-20:1。

优选的，所述步骤(2)中的吸附过程在30-60℃下吸附6-12h。