[发明专利]一种锂离子电池负极材料NiCo2

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料NiCo₂O₄多孔纳米片的制备方法，以六水硝酸钴和六水硝酸镍为反应原料，以水、乙醇和极少量乙醇胺为溶剂体系，以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，通过溶剂热法和前驱物热分解制备锂离子电池负极材料NiCo₂O₄多孔纳米片。本发明简单地通过调控溶剂组分和表面活性剂，辅以简便的热处理即可获得分散性高且具有多孔结构的NiCo₂O₄纳米片，产物形态良好，具有稳定的电化学性能，在0.5A/g的电流密度下循环1000次后可逆容量高达695mAh/g，远高于商业石墨负极材料理论比容量（372mAh/g），且反应体系成本低，不产生污染物，绿色环保；制备工艺简单，产量和纯度高，可重复性好，易于工业化生产。

技术领域

本发明具体涉及一种锂离子电池负极材料NiCo₂O₄多孔纳米片的制备方法，属于锂离子电池电极材料制备技术领域。

背景技术

锂离子电池不仅广泛应用于小型电子产品，还可作为电动汽车的驱动电源。然而，现有的石墨负极材料由于较低的理论比容量（372mAh/g）和欠佳的倍率性能难以满足市场的需要，亟需开发高性能负极材料。双金属氧化物NiCo₂O₄由于具有较高的理论比容量（890mAh/g），而且比广泛研究的Co₃O₄具有更高的电化学活性和更低的原料成本，被认为是一种极具应用开发前景的锂离子电池负极材料。由于金属氧化物类负极材料在充放电过程中体积变化巨大，容易导致材料粉化失活而循环寿命较短，研究者多采用构筑多孔微纳分级结构以缓冲巨大的体积变化来解决上述问题。近年来，不同微米尺寸的多孔分级结构NiCo₂O₄，如多孔微米球、微米空心球、多孔立方体、花状微米球等，已经被制备出来，并用于锂离子负极材料。由于金属氧化物的体相电子导电性不高，在制作锂离子电池负极片时，通常将金属氧化物与导电碳纳米颗粒和粘结剂按一定比例混合成糊状涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。因此，微米尺寸的活性材料表面可以和导电碳纳米颗粒很好的接触以提高其导电性，然而材料内部无法与导电碳纳米颗粒相接触，限制了电子的传输，影响材料电化学活性的发挥。

多孔纳米片结构则可以很好的避免上述问题，片状结构可以很好地与导电碳纳米颗粒接触，提高材料的电子导电性；多孔结构可缓解材料充放电过程中的体积变化，是一种理想的负极材料微结构。目前，制备NiCo₂O₄多孔纳米片用于锂离子电池负极材料的报道较少，文献“J Mater Chem A，2014，2，4449-4456”采用溶剂热法制备了纯NiCo₂O₄多孔纳米片，循环70次后容量约300 mAh/g；文献“ChemPlusChem 2015，80，1725-1731”采用溶剂热法制备了纯NiCo₂O₄多孔纳米片，循环50次后容量为626 mAh/g；以上纳米片负极材料的循环寿命较短。文献“J Alloy Compd，2019，772，72-79”通过溶剂热法，以乙醇和水为溶剂，调节溶液pH为9，在250℃下反应3h得到前驱体，然后500℃焙烧3h得到NiCo₂O₄多孔纳米片，循环350次后容量为674 mAh/g。该技术虽然在循环次数上有了提高，但是依然不能满足实际需求，而且其纳米片合成反应温度超过200℃，对设备安全要求较高；反应体系需控制溶液pH。因此，现有的合成工艺都存在循环次数低等诸多问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极材料NiCo₂O₄多孔纳米片的制备方法，采用溶剂热合成技术制备NiCo₂O₄多孔纳米片用作锂离子电池负极材料，该方法反应温度较低，反应条件易控制，成本较低，易于大批量制备；所得纳米片可逆容量高，循环寿命长。