专利名称：锂离子电池的NiO－Ni负极材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池的负极材料及其制备方法，具体说是关于锂离子电池的NiO-Ni负极材料及其制备方法。
背景技术：
锂离子电池与传统的二次电池相比具有平均电压高(约3.6V)，放电时间长，容量密度高，没有记忆效应等优点。锂离子电池传统的负极材料是碳材料，但碳材料的容量较低。新型的负极材料有合金材料、锡基氧化物材料等。合金材料虽然能提供较高的可逆容量，但其循环性能不够理想。锡基氧化物材料虽然具有较高的可逆容量和较好的循环性能，但它的缺点是首次循环不可逆容量损失较大(常大于50％)。
发明内容
本发明的目的是要提供一种具有比容量大，循环性能好，首次库仑效率高的锂离子电池的NiO-Ni负极材料及其制备方法。
本发明的锂离子电池的NiO-Ni负极材料含有质量百分比为3％-15％的纳米金属Ni，85％-97％的NiO。
锂离子电池的NiO-Ni负极材料的制备方法，其步骤如下将1.5-2.5mol/L的碳酸氢铵溶液加入到0.5-1.5mol/L的硝酸镍醇水溶液中产生沉淀，调节pH值至7.5-8.0，分离沉淀，用水及无水乙醇洗涤沉淀物，将未经干燥的沉淀物于600～800℃，空气气氛中煅烧0.5-1h。
将制备好的锂离子电池的NiO-Ni负极材料的粉末作为电极活性物质与粘合剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按一定比例混合，加适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)后反复搅拌均匀成膏状，涂在泡沫铜上制成电极片，然后在100℃-150℃下烘干极片使NMP挥发。将电极片经压片机压制成型后再置于真空烘箱中于120℃干燥8h。
将制成的电极片作为锂离子电池的负极与对电极组成双电极模拟电池。对电极为金属锂片(纯度大于99.9％)。电解液是含1mol/L LiPF6的DEC+EC(体积比DEC∶EC＝7∶3)，隔膜用聚丙烯Celgard2400。模拟电池装配过程在相对湿度低于1％的干燥手套箱中完成。装配好的模拟电池放置12h后采用恒流充放电(电流密度100mA/g)方式，充放电电压为0.1V-3.0V。在25±2℃环境中循环测量由本发明锂离子电池的负极材料制成的电极片的可逆嵌锂容量和充放电循环性能。
NiO负极材料在放电过程中发生分解，生成Li2O和高度分散的纳米级金属Ni，在随后的充电过程中，这些高度分散的活性极高的超细Ni颗粒将被再次氧化成NiO，同时Li2O发生分解生成Li。放电过程中同样会有SEI膜生成，但所生成的SEI膜会在随后的充电过程中，在高度分散的具有催化活性的纳米Ni颗粒的催化作用下发生分解。SEI膜的形成与分解具有一定的可逆性，也能提供部分可逆容量。本发明的锂离子电池的NiO-Ni负极材料相对于NiO材料而言，具有更多的分散的纳米金属Ni，它具有更高的可逆容量和首次库仑效率，以及更好的循环性能。采用该负极材料制备的锂离子电池(LIB)无环境污染，可用于驱动移动通讯器械、小型电子设备、家用电器、照明和交通工具等。
图1是本发明的锂离子电池的NiO-Ni负极材料的电镜照片。
具体实施例方式
实施例1将2mol/L的碳酸氢铵溶液加入到1mol/L的硝酸镍醇水溶液(醇水体积比1∶4)中产生沉淀，直至pH值达7.5为止。将沉淀分离并先后分别用水及无水乙醇清洗三次。然后置于700℃的管式炉中在空气气氛下煅烧45min后立即取出，获得含有质量百分比为6％纳米金属Ni，94％NiO的锂离子电池的NiO-Ni负极材料。
实施例2将1.5mol/L的碳酸氢铵溶液加入到1.5mol/L的硝酸镍醇水溶液(醇水体积比1∶4)中产生沉淀，直至pH值达7.5为止。将沉淀分离并先后分别用水及无水乙醇清洗三次。然后置于600℃的管式炉中在空气气氛下煅烧60min后立即取出，获得含有质量百分比为12％纳米金属Ni，88％NiO的锂离子电池的NiO-Ni负极材料。
实施例3将2.5mol/L的碳酸氢铵溶液加入到0.5mol/L的硝酸镍醇水溶液(醇水体积比1∶4)中产生沉淀，直至pH值达8为止。将沉淀分离并先后分别用水及无水乙醇清洗三次。然后置于800℃的管式炉中在空气气氛下煅烧30min后立即取出，获得含有质量百分比为3％纳米金属Ni，97％NiO的锂离子电池的NiO-Ni负极材料。
图1是本发明的锂离子电池的NiO-Ni负极材料的电镜照片。由图可见，金属Ni颗粒的尺寸小于10nm，均匀地分散在NiO晶粒中。
锂离子电池的NiO-Ni负极材料制作的电极与纯NiO材料电极相比，具有如下优点1放电容量高，循环稳定性好。本发明材料制作的电极，其首次放电比容量可达1150mAh/g，高于纯NiO材料的电极的首次放电比容量997mAh/g。经50次循环以后，NiO-Ni负极材料的放电容量可达640mAh/g，而NiO材料的放电容量仅有358mAh/g。
2首次循环库仑效率高。本发明材料的首次循环库仑效率可达72％，高于纯NiO材料的首次效率(64.9％)。
权利要求
1.锂离子电池的NiO-Ni负极材料，其特征是含有质量百分比为3％-15％的纳米金属Ni，85％-97％的NiO。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的NiO-Ni负极材料的制备方法，其步骤如下将1.5-2.5mol/L的碳酸氢铵溶液加入到0.5-1.5mol/L的硝酸镍醇水溶液中产生沉淀，调节pH值至7.5-8.0，分离沉淀，用水及无水乙醇洗涤沉淀物，将未经干燥的沉淀物于600～800℃，空气气氛中煅烧0.5-1h。
全文摘要
本发明公开的锂离子电池的NiO－Ni负极材料含有质量百分比为3％－15％的纳米金属Ni，85％－97％的NiO。其制备步骤如下将1.5－2.5mol/L的碳酸氢铵溶液加入到0.5－1.5mol/L的硝酸镍醇水溶液中产生沉淀，调节pH值至7.5－8.0，分离沉淀，用水及无水乙醇洗涤沉淀物，将未经干燥的沉淀物于600～800℃，空气气氛中煅烧0.5－1h。本发明的负极材料相对于NiO材料而言，具有更多的分散的纳米金属Ni，它具有更高的可逆容量和首次库仑效率，以及更好的循环性能。采用该负极材料制备的锂离子电池无环境污染，可用于驱动移动通讯器械、小型电子设备、家用电器、照明和交通工具等。
文档编号H01M4/38GK1858928SQ20061005178
公开日2006年11月8日 申请日期2006年6月2日 优先权日2006年6月2日
发明者涂江平, 黄小华, 杨友志 申请人:浙江大学