[发明专利]一种碳包覆镍锡合金纳米球的制备方法及其在锂电池中的应用

说明书

本发明属于锂离子电池电极材料的制备领域，具体涉及一种碳包覆镍锡合金纳米球的制备方法及其在锂电池中的应用。通过以镍基金属有机框架作为前驱体，进而与草酸亚锡混合研磨，置于管式炉中焙烧，制备出原位碳包覆Ni₃Sn₂合金纳米球的复合纳米材料，这种材料表现出优异的倍率性能和循环稳定性。碳包覆Ni₃Sn₂合金纳米球的首次放电容量达536mAh/g，充电容量达397 mAh/g，其首次库伦效率高达74%。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料的制备领域，具体涉及一种碳包覆镍锡合金纳米球的制备方法及其在锂电池中的应用。

背景技术

锂离子电池因其具有体积小，重量轻，电压高，自放电小，倍率性能好，环境友好，比能量高等优点而得到了广泛应用。当前主要应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。电极材料是锂离子电池的核心部分，也是决定锂离子电池性能的关键因素。目前，传统的石墨负极材料理论比容量为372 mAh/g，已不能满足新一代高比容量锂离子电池负极材料的需求。由双金属形成的合金具有较高的理论容量和比较低廉的成本等优点，有望成为理想的锂离子电池负极材料。但是，合金在锂离子嵌入脱出时体积变化非常大，导致其容量衰减快，倍率性能差，这个缺点限制了它们在锂离子电池中的实际应用。通过合成工艺路线的设计和优化，构造出具有特殊结构和形貌的过渡金属氧化物复合电极材料，能够使其具有优异的电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种碳包覆镍锡合金纳米球的制备方法及其在锂电池中的应用。原位碳包覆Ni₃Sn₂合金纳米球的复合纳米材料，这种材料表现出优异的倍率性能和循环稳定性。碳包覆Ni₃Sn₂合金纳米球的首次放电容量达536mAh/g，充电容量达397 mAh/g， 其首次库伦效率高达74%。

为实现上述技术方案，本发明采用如下技术方案：

一种碳包覆Ni₃Sn₂合金纳米球的制备方法，包括以下步骤：

1）Ni-MOF前驱物的制备：将0.5-0.7g Ni(NO₃)₂和0.4-0.6g聚乙烯吡咯烷酮溶于35-40 ml甲醇中，将0.20-0.3g苯三甲酸溶于30-35mL甲醇，待完全溶解后将苯三甲酸溶液缓慢倒入Ni(NO₃)₂甲醇溶液中，使其充分混合后装入高压反应釜，放进130℃-160℃的鼓风干燥箱中反应5-10h，反应产物在经甲醇洗涤3-4遍后干燥后得到绿色的Ni-MOF前驱物；

2）碳包覆Ni₃Sn₂合金纳米球的制备：称取80-120 mg Ni-MOF前驱物前驱物与80-160 mg草酸亚锡混合研磨30-40分钟，将研磨好的样品置于管式炉中，在Ar气氛围下，经500-650℃焙烧2-4小时，制得原位碳包覆Ni₃Sn₂合金纳米球。

一种如上所述的制备方法制得的碳包覆Ni₃Sn₂合金纳米球在锂离子电池负极材料中的应用：将碳包覆Ni₃Sn₂合金纳米球、聚四氟乙烯和乙炔黑按质量比75-85:5-10:10-15混合研磨后，作为锂电池的负极材料。

本发明的有益效果在于：