一种泡沫镍电极活性材料的预活化方法及其应用

本发明属于新能源材料，具体涉及一种泡沫镍电极活性材料的预活化方法及其应用。

背景技术：

1、锂离子电池作为绿色环保新能源，具有可靠性好，安全性高，体积小，重量轻等优点，目前已经被广泛的应用于数码类产品、电动汽车、军工产品等领域。随着国家对新能源的大力扶持，锂离子电池的发展如火如荼，但对锂离子电池的使用寿命、安全性和低成本要求也越来越高，目前锂离子电池也向着高寿命、高安全、高倍率和低成本的方向发展。

2、金属泡沫镍材料由于具有三维互连多孔结构以及优良的导电性而被广泛用作锂离子电池、电催化、超级电容器等领域中的三维集流体，可作为电极活性物质的载体，使得极板上的活性物质得到充分的利用，减少电池内阻，增大反应面积，提高电池性能。但是，普通的泡沫镍材料的肋条表面光滑且平整，粗糙度不够，因此制备作为电极极板时，会导致电极活性物质接触的真实表面积减少，导电性差，电池内阻高，活性物质利用率偏低，电池的容量也可能偏低，放电电流较难提高。特别是当电池在多次充放电时，由于活性材料随着充放电的进行导致体积的变化，加上电池浆料与泡沫镍极板光滑的表面结合力差，会使得电极活性物质容易从泡沫镍基材表面脱落，因而影响电池的性能和寿命。因此，增加泡沫镍表面孔隙率，提升比表面粗糙度，从而提高其在锂离子电池中作为电极材料的电化学活性和稳定性，这对实际应用是极具重要价值的。

技术实现思路

1、本发明根据现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种泡沫镍电极活性材料的预活化方法，该活化方法简单，表面和肋条粗糙度好，孔隙多，比表面积大，有效提高电池比容量、倍率性能、循环寿命等性能，有望用于适用于锂离子电池电极、电催化电极基体的应用。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为

3、一种泡沫镍电极活性材料的预活化方法，将泡沫镍材料清洗后，依次在ar/nh3气氛和空气氛围下梯度退火处理，即可得到活化后的泡沫镍电极材料。

4、所述清洗后泡沫镍材料在ar/nh3气氛下进行梯度退火处理，处理后逐步冷却至室温，待用；其中，所述ar气体与nh3的体积分数比例为15:1～20:1，所述ar/nh3混合气氛的流量为150ml/min至250ml/min。

5、所述退火的升温过程为首先升温至700～1000℃，升温速率为5℃/min，保温时间为2～5h，然后降温至600～900℃，降温速率为5℃/min，最后再自然冷却至室温。

6、所述经ar/nh3气氛下进行梯度退火处理后的泡沫镍材料在空气气氛中继续退火，冷却至室温即可得到所述活化后的泡沫镍电极材料。

7、所述退火的升温过程为首先升温至400～800℃，升温速率为5℃/min，然后保温时间为1～3h，最后自然冷却至室温。

8、所述泡沫镍材料清洗为取泡沫镍，依次用盐酸、去离子水、乙醇超声清洗数次，以清洁泡沫镍表面，然后恒温干燥，待用。

9、所述清洗液中盐酸含量≤9.5％，乙醇含量≥95％，所述清洗的次数为3～6次，所述干燥的温度为20～80℃，所述干燥的方式为真空干燥或鼓风干燥。

10、一种所述的方法活化后活性材料的应用，所述按照上述方法活化后的活性材料可作为锂离子电池电极、电催化电极基体的活性材料中的应用

11、与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

12、(1)本发明所制备出的活化后泡沫镍具有较高的粗糙度和孔隙率，从而有效提高材料的比表面积，可以提高电池中的活性物质利用率，采用本活化后的泡沫镍制备的锂电池具有较高比容量、优异倍率性能和循环性能。

13、(2)本发明通过简单的两步法进行退火活化泡沫镍材料，混合气氛退火过程中nh3气刻蚀和ar气保护的共同作用，导致形成多孔网状结构，而后进一步通过空气气氛退火，可有效负载nio活性物质，该活化方法简单、制备效率高，使得材料表面和肋条粗糙度好，孔隙多，比表面积大，有效提高电池比容量、倍率性能、循环寿命等性能，有望用于适用于锂离子电池电极、电催化电极基体的应用，制备成本低，可用于大规模生产。

14、(3)本发明制备的材料原材料容易获得，制备工艺简单，适合于工业化生产，在锂离子电池电极、电催化电极基体等领域有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种泡沫镍电极活性材料的预活化方法，其特征在于，将泡沫镍材料清洗后，依次在ar/nh3气氛和空气氛围下梯度退火处理，即可得到活化后的泡沫镍电极材料。

2.按权利要求1所述的泡沫镍电极活性材料的预活化方法，其特征在于：所述清洗后泡沫镍材料在ar/nh3气氛下进行梯度退火处理，处理后逐步冷却至室温，待用；其中，所述ar气体与nh3的体积分数比例为15:1～20:1，所述ar/nh3混合气氛的流量为150ml/min至250ml/min。

3.按权利要求2所述的泡沫镍电极活性材料的预活化方法，其特征在于：所述退火的升温过程为首先升温至700～1000℃，升温速率为5℃/min，保温时间为2～5h，然后降温至600～900℃，降温速率为5℃/min，最后再自然冷却至室温。

4.按权利要求1或2所述的泡沫镍电极活性材料的预活化方法，其特征在于：所述经ar/nh3气氛下进行梯度退火处理后的泡沫镍材料在空气气氛中继续退火，冷却至室温即可得到所述活化后的泡沫镍电极材料。

5.按权利要求4所述的泡沫镍电极活性材料的预活化方法，其特征在于：所述退火的升温过程为首先升温至400～800℃，升温速率为5℃/min，然后保温时间为1～3h，最后自然冷却至室温。

6.按权利要求1所述的泡沫镍电极活性材料的预活化方法，其特征在于：所述泡沫镍材料清洗为取泡沫镍，依次用盐酸、去离子水、乙醇超声清洗数次，以清洁泡沫镍表面，然后恒温干燥，待用。

7.按权利要求6所述的泡沫镍电极活性材料的预活化方法，其特征在于：所述清洗液中盐酸含量≤9.5％，乙醇含量≥95％，所述清洗的次数为3～6次，所述干燥的温度为20～80℃。

8.一种权利要求1所述的方法活化后活性材料的应用，其特征在于：所述按照权利要求1方法活化后的活性材料可作为锂离子电池电极、电催化电极基体的活性材料中的应用。

技术总结
本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种泡沫镍电极活性材料的预活化方法及其应用。将泡沫镍材料清洗后，依次在Ar/NH<subgt;3</subgt;气氛和空气氛围下梯度退火处理，即可得到活化后的泡沫镍电极材料。本发明制备的活化后的泡沫镍电极材料具有表面疏松多孔的结构特征，增加了电极材料的比表面积，因而增大了与电解液的接触面积，有利于离子的传输，增加离子活性位点，缩短离子的扩散路径，提高了材料的电化学性能。本发明提出基于泡沫镍电极材料的预活化方法具有通用性，且方法简单、技术成本低，活化效果明显，对性能提升显著，所得泡沫镍电极材料性能优异，且具有非常好的稳定性，适宜工业化大规模生产，可广泛应用于锂离子电池电极、电催化电极基体领域。

技术研发人员：唐杰,王仲民,甘伟江,熊图治,赖华俊,黄永辉,王凤,邓健秋
受保护的技术使用者：广西科学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14