本发明专利技术涉及一种基于生物质碳/钴酸镍针复合材料的锂离子电池负极的制备方法，包括多孔柚子皮碳材料的制备，利用多孔柚子皮碳材料制备钴酸镍/碳复合材料，然后制备钴酸镍/碳复合材料锂离子电池负极片，最后将电池负极片组装纽扣电池，并对其进行电化学测试。本发明专利技术采用柚子皮作为生物碳源，相对于现有技术中的石墨烯碳源，既经济实惠，而且环境友好；并且本发明专利技术柚子皮独特的多孔结构，通过冷冻干燥技术可以很好的得到保护，同时可以使钴酸镍针更好地长在块状柚子皮碳上，增强导电性，提高碳/钴酸镍复合材料作为锂离子电池负极材料的稳定性；本发明专利技术以柚子皮碳块为碳源的碳/钴酸镍复合材料锂离子电池负极材料，可以大大提高电池的倍率性能。
【技术实现步骤摘要】
一种基于生物质碳/钴酸镍针复合材料的锂离子电池负极的制备方法
本专利技术涉及电池负极
，尤其是一种基于生物质碳/钴酸镍针复合材料的锂离子电池负极的制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为新一代的绿色高能充电电池，以其电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应等突出优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等电器设备上，同时在电动汽车、卫星、航天航空以及空间军事等领域也显示出了良好的应用前景和潜在的经济效益。目前，已经成为本世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产业之一。锂离子电池拥有较高的能量密度(210Wh/kg)、较高的工作电压、较低的自放电率和较好的循环寿命，因此，其在储能领域占有举足轻重的地位，锂离子电池的性能(如容量、能量密度、工作电压、循环性能、倍率性能等)与组成锂离子电池的正、负极材料的特性有关。二元金属氧化物钴酸镍(NiCo2O4)由于其较好的导电性和电化学活性，并且钴酸镍理论比容量为890mAhg-1，是石墨的2.39倍，由于钴和镍的价格较碳质材料昂贵，并且碳的导电性能较好，而且在电池充放电过程中不易膨胀，提高锂离子电池的性能，从而碳和钴酸镍的复合材料有望成为商用锂离子电池负极材料。近年来，科学家们通过不同的方法制备了具有不同结构和形貌的钴酸镍，以提高其性能，比如球状，纳米线状以及纳米针等等相貌的钴酸镍，对钴酸镍的稳定性有了一定的提高。比如钴酸镍/石墨烯合材料和以聚乙二醇为碳源的钴酸镍/碳复合材料。湖南大学卢炳安课题组在论文NanoEnergy(2014)3,88–94中公开了通过水热法在泡沫镍上长钴酸镍和石墨纳米片，三维的石墨烯不仅可以提高材料的导电性，还能有限地缓冲钴酸镍/石墨烯合材料在电池充放电中的体积膨胀，很好地提高了钴酸镍的稳定性。但是，现有技术制备的钴酸镍/碳复合锂离子负极材料，碳源大多都一些化学药品和石墨烯，不仅价格昂贵，而且环境不友好。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于生物质碳/钴酸镍针复合材料的锂离子电池负极的制备方法，本专利技术采用柚子皮为生物质碳材料合成钴酸镍/碳锂离子负极材料，大大地提高了钴酸镍/碳锂离子负极材料的稳定性。本专利技术的技术方案为：一种基于生物质碳/钴酸镍针复合材料的锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：S1)、制备多孔柚子皮碳材料，将新鲜的柚子皮外部黄色的部分去掉，用去离子水和乙醇清洗干净，并切成小块，干燥后在温度为800-1400℃的惰性气氛下保温1-3h进行碳化，然后对柚子皮碳块进行纯化处理；S2)、制备钴酸镍/碳复合材料，将摩尔比为1：2：10～100：1.5的可溶性镍盐、可溶性钴盐、尿素、十六烷基三甲基溴化铵分散于去离子水中，搅拌0.5～2h至全部溶解后加入0.2～2质量份数步骤S1)中制备得到的碳，超声处理0.5h～1h后倒入水热反应釜中150～200℃反应5～12h，待冷却到室温后，进行抽滤洗涤，然后在60～100℃条件下烘干4～12h，后在温度为350℃～600℃的马弗炉中煅烧2h～8h，升温速率为1℃/min～3℃/min，得到钴酸镍/碳复合材料；S3)、制备钴酸镍/碳复合材料锂离子电池负极片，将钴酸镍/碳复合材料：导电炭：PVDF按照质量比为7：3：1混合，磁力搅拌6～12h成浆料，然后将浆料用涂铺器涂在铜箔上，然后在温度为80～100℃的真空干燥箱中烘干，然后将涂了活性物质的铜箔裁成直径为12mm的圆片，得到钴酸镍/碳复合材料锂离子电池负极片；S4)、组装纽扣电池，将钴酸镍/碳复合材料锂离子电池负极片做工作电极、金属锂片作为参比电极和对电极，放入隔膜将工作电极和参比电极隔开，滴入电解液，用垫片和弹片使电池能够压得更紧密，以CR2030型扣式电池作为测试载体；并对其进行电化学测试。进一步的，步骤S1)中，所述的柚子皮用去离子水和乙醇清洗干净后采用冷冻干燥方式对其进行干燥处理。进一步的，步骤S1)中，所述的惰性气体为H2、N2、Ar中的一种或几种的组合。进一步的，步骤S1)中，所述的柚子皮碳块纯化处理采用溶液为2M的盐酸溶液。进一步的，步骤S2)中，所述的可溶性镍盐为Ni(NO3)2·6H2O，醋酸镍，氯化镍中的一种或几种的混合，可溶性钴盐为Co(NO3)2·6H2O，醋酸钴，氯化钴的一种或几种的混合。进一步的，步骤S3)中，所述的导电炭为SuperPLi，真空干燥后得到的活性物质载量为0.3mg～1.2mg。进一步的，步骤S4)中，滴入的电解液需完全浸润整个电池内部，电解液为1MLiPF6。进一步的，步骤S4)中，组装好的电池需静置8-24h后方可测试，测试电压为0.01～3V。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术采用柚子皮作为生物碳源，相对于现有技术中的石墨烯碳源，既经济实惠，而且环境友好；2、本专利技术柚子皮独特的多孔结构，通过冷冻干燥技术可以很好的得到保护，同时可以使钴酸镍针更好地长在块状柚子皮碳上，增强导电性，提高碳/钴酸镍复合材料作为锂离子电池负极材料的稳定性；3、以柚子皮碳块为碳源的碳/钴酸镍复合材料锂离子电池负极材料，可以大大提高电池的倍率性能，从50mAg-1的电流密度进行恒流充放电，经历100、200、500、1000、2000mAg-1的电流密度充放电，然后再回到50mAg-1，比容量能够回到原始甚至更高的数值。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的钴酸镍/碳复合材料的XRD图；图2为本专利技术实施例1制备的钴酸镍/碳复合材料的SEM图；图3为本专利技术实施例1制备的电池的倍率性能图；图4为本专利技术实施例1-4制备的电池的恒流充放电图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：实施例1一种基于生物质碳/钴酸镍针复合材料的锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：S1)、将新鲜的柚子皮外部黄色的部分去掉，用去离子和乙醇清洗干净，切成小块，使用冷冻干燥的方式干燥后在温度为900℃、氮氢混合气气氛下保温2h进行碳化，然后使用2M盐酸溶液对柚子皮碳块进行纯化处理，得到柚子皮碳源；S2)、称取0.4362g的Ni(NO3)2·6H2O、0.8731g的Co(NO3)2·6H2O，0.3242g的尿素以及0.1418g的十六烷基三甲基溴化铵分散于30mL去离子水中搅拌0.5h，后加入0.3g步骤S1)中制备的不经研磨的块状碳，超声0.5h，然后放入水热反应釜中180℃反应10h，待冷却到室温后，进行抽滤洗涤，然后在80℃条件下进行烘干4～12h，后在温度为600℃的马弗炉中煅烧3h，升温速度2℃/min，经研磨后得到钴酸镍/碳复合材料，其结构如图2示，其XRD可参见图1；S3)、取49mg的活性物质，14mg的SperPLi炭，7mg的PVDF混合，并采用磁力搅拌6h成浆料后将浆料用涂铺器涂在铜箔上，然后在真空干燥箱80℃烘干，后将涂了活性物质的铜箔裁成直径为12mm的圆片，得到钴酸镍/碳复合材料锂离子电池负极片；S4)、使用CR2030类型电池壳，放入锂金属片作对电极，滴入1MLiPF6inethylenecarbonate(EC)anddiethylcarbonate(DEC)(1:1byvolume)电解液，放入隔膜，再放入钴酸镍/碳复合材料工作电极，再用垫片和弹片，是电池能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于生物质碳/钴酸镍针复合材料的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)、制备多孔柚子皮碳材料，将新鲜的柚子皮外部黄色的部分去掉，用去离子水和乙醇清洗干净，并切成小块，干燥后在温度为800‑1400℃的惰性气氛下保温1‑3h进行碳化，然后对柚子皮碳块进行纯化处理；S2)、制备钴酸镍/碳复合材料，将摩尔比为1：2：10～100：1.5的可溶性镍盐、可溶性钴盐、尿素、十六烷基三甲基溴化铵分散于去离子水中，搅拌0.5～2h至全部溶解后加入0.2～2质量份数步骤S1)中制备的柚子皮碳，超声处理0.5h～1h后倒入水热反应釜中150～200℃反应5～12h，待冷却到室温后，进行抽滤洗涤，然后在60～100℃条件下烘干4～12h，后在温度为350℃～600℃的马弗炉中煅烧2h～8h，升温速率为1℃/min～3℃/min，得到钴酸镍/碳复合材料；S3)、制备钴酸镍/碳复合材料锂离子电池负极片，将钴酸镍/碳复合材料：导电炭：PVDF按照质量比为7：3：1混合，磁力搅拌6～12h成浆料，然后将浆料用涂铺器涂在铜箔上，然后在温度为80～100℃的真空干燥箱中烘干，然后将涂了活性物质的铜箔裁成直径为12mm的圆片，得到钴酸镍/碳复合材料锂离子电池负极片；S4)、组装纽扣电池，将钴酸镍/碳复合材料锂离子电池负极片做工作电极、金属锂片作为参比电极和对电极，放入隔膜将工作电极和参比电极隔开，滴入电解液，用垫片和弹片使电池能够压得更紧密，以CR2030型扣式电池作为测试载体；并对其进行电化学测试。...
【技术特征摘要】
1.一种基于生物质碳/钴酸镍针复合材料的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)、制备多孔柚子皮碳材料，将新鲜的柚子皮外部黄色的部分去掉，用去离子水和乙醇清洗干净，并切成小块，干燥后在温度为800-1400℃的惰性气氛下保温1-3h进行碳化，然后对柚子皮碳块进行纯化处理；S2)、制备钴酸镍/碳复合材料，将摩尔比为1：2：10～100：1.5的可溶性镍盐、可溶性钴盐、尿素、十六烷基三甲基溴化铵分散于去离子水中，搅拌0.5～2h至全部溶解后加入0.2～2质量份数步骤S1)中制备的柚子皮碳，超声处理0.5h～1h后倒入水热反应釜中150～200℃反应5～12h，待冷却到室温后，进行抽滤洗涤，然后在60～100℃条件下烘干4～12h，后在温度为350℃～600℃的马弗炉中煅烧2h～8h，升温速率为1℃/min～3℃/min，得到钴酸镍/碳复合材料；S3)、制备钴酸镍/碳复合材料锂离子电池负极片，将钴酸镍/碳复合材料：导电炭：PVDF按照质量比为7：3：1混合，磁力搅拌6～12h成浆料，然后将浆料用涂铺器涂在铜箔上，然后在温度为80～100℃的真空干燥箱中烘干，然后将涂了活性物质的铜箔裁成直径为12mm的圆片，得到钴酸镍/碳复合材料锂离子电池负极片；S4)、组装纽扣电池，将钴酸镍/碳复合材料锂离子电池负极片做工作电极、金属锂片作为参比电极和对电极，放入隔膜将工作电极和参比电极隔开，滴入电解液，用垫片和弹片使电池能够压得更紧密，以CR2030型扣式电池作为测试载体；并对其进行电化学测试。2.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，谢卓鸿，张忠华，梁一，孟顶顶，王佳琪，邱伟业，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
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