一种碱式碳酸镍纳米片材料及其应用

本发明涉及电池电极材料领域，具体涉及一种碱式碳酸镍纳米片材料及其应用。

背景技术：

1、纳米结构的金属氧化物和半导体材料对于先进的电子、磁性、光电和传感应用来说是非常理想的，纳米粒子的性能很大程度上取决于它们的相、尺寸、形状和尺寸。开发可扩展且简便的路线来生产具有可控尺寸和微观结构的它们对于纳米技术和合成化学非常重要。由于高比容量，过渡金属碳酸盐作为libs的负极材料备受关注。然而其中的过渡金属碱式碳酸盐还甚少用于电池负极其拥有比过渡金属碳酸盐更高的理论比容量，且远高于商用碳负极材料。

2、现有的碱式碳酸镍材料普遍具有较大的尺寸特征，并且其应用范围主要集中在催化领域，展现出了良好的催化性能。然而，碱式碳酸镍较差的导电性在一定程度上限制了其在电池方面的应用，在电池领域的相关研究尚显不足，关于碱式碳酸镍在电池材料中的应用潜力及性能优化仍需进一步深入探索。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种碱式碳酸镍纳米片材料及其应用。

2、本发明所采取的技术方案如下：

3、本发明的第一个方面提供了一种碱式碳酸镍纳米片材料，其制备方法包括如下步骤：

4、s1：将可溶性镍盐分散至超纯水中得到溶液a，将碳酸盐分散于超纯水中得到溶液b；

5、s2：将所述的溶液a逐滴滴加到溶液b中，使其混合均匀，加入小分子酸调节溶液ph，加入超纯水，得到反应液c；

6、s3：将c溶液转移至反应釜中反应；

7、s4：离心得到固态产物，洗涤烘干，得到碱式碳酸镍纳米片材料。

8、优选的，步骤s1中，所述可溶性镍盐为硝酸镍、硫酸镍、乙酸镍、氯化镍中的一种或多种；所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾中的一种或多种。

9、优选的，溶液a中的镍离子与溶液b中的碳酸根离子摩尔比为1：1.0-1.3。

10、优选的，步骤s2中，小分子酸为柠檬酸、抗坏血酸、天门冬氨酸、苹果酸、酒石酸中的一种或几种，调节ph至7.5-9.5。

11、优选的，步骤s3中，反应时间为8-12h，反应温度为80-130℃。

12、优选的，步骤s1中，溶液a中还分散有氧化石墨烯。

13、优选的，可溶性镍盐与氧化石墨烯的比例为13-20：1。

14、优选的，所述氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：

15、(1)将石墨片和硝酸钠加入到放置于冰浴中含有浓硫酸的容器中搅拌；

16、(2)向容器中加入kmno4继续搅拌；

17、(3)将容器转移到水浴中，在20-50℃下搅拌；

18、(4)将超纯水滴入容器中，使溶液温度低于40℃；

19、(5)将容器转移到95-100℃油浴中并保持剧烈搅拌20-40分钟，再在室温下连续加入超纯水和h2o2得到氧化石墨烯溶液；

20、(6)将go溶液离心后透析，直到ph值接近中性得到浓缩氧化石墨烯溶液，对浓缩氧化石墨烯溶液真空干燥得到氧化石墨烯。

21、本发明的第二个方面提供了如上所述的一种碱式碳酸镍纳米片材料在电池中的应用。

22、本发明的第三个方面提供了如上所述的一种碱式碳酸镍纳米片材料在锂离子电池负极材料上的应用。

23、本发明的有益效果如下：

24、首先，本发明以简单的一步水热合成法合成出ni2(oh)2co3纳米片，并通过原位复合石墨烯，使其电化学性能具有高储锂可逆性和超高电容性。此方法为锂离子电池提供了更高的容量和更好的循环稳定性。与现有报道比，本发明制备方法工艺简单，成本低廉，制得ni2(oh)2co3/go复合材料在锂离子电池中循环性能及倍率性能优异。

25、其中，本发明合成的纳米片状ni2(oh)2co3具有极大的比表面积，这意味着在相同质量或体积下，纳米片结构能够提供更多的活性位点用于锂离子的嵌入和脱出。这种高比表面积特性有助于提升电池的电化学性能，特别是在充放电过程中，能够加速锂离子的传输和反应动力学。

26、与此同时，纳米片结构的ni2(oh)2co3中的离子传输路径较短，锂离子可以在更短的距离内完成嵌入和脱出过程。这有助于提高电池的充放电速率和功率性能，使得锂离子电池能够在短时间内完成快速充电或大电流放电，满足高功率输出的需求。并且其独特的结构有助于缓解充放电过程中材料的体积变化，减少性能衰减，从而延长电池的使用寿命。

27、ni2(oh)2co3较差的导电性在一定程度上限制了其在电池方面的应用，而本发明使用简单的一步水热法将其与导电性能优异的氧化石墨烯材料进行原位复合，提升了材料的导电性的同时还细化了材料颗粒尺寸，增大了材料的比表面积。

技术特征：

1.一种碱式碳酸镍纳米片材料，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种碱式碳酸镍纳米片材料，其特征在于：步骤s1中，所述可溶性镍盐为硝酸镍、硫酸镍、乙酸镍、氯化镍中的一种或多种；所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种碱式碳酸镍纳米片材料，其特征在于：溶液a中的镍离子与溶液b中的碳酸根离子摩尔比为1：1.0-1.3。

4.根据权利要求1所述的一种碱式碳酸镍纳米片材料，其特征在于：步骤s2中，小分子酸为柠檬酸、抗坏血酸、天门冬氨酸、苹果酸、酒石酸中的一种或几种，调节ph至7.5-9.5。

5.根据权利要求1所述的一种碱式碳酸镍纳米片材料，其特征在于：步骤s3中，反应时间为8-12h，反应温度为80-130℃。

6.根据权利要求1所述的一种碱式碳酸镍纳米片材料，其特征在于：步骤s1中，溶液a中还分散有氧化石墨烯。

7.根据权利要求6所述的一种碱式碳酸镍纳米片材料，其特征在于：可溶性镍盐与氧化石墨烯的比例为13-20：1。

8.根据权利要求6所述的一种碱式碳酸镍纳米片材料，其特征在于：所述氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：

9.如权利要求1-8任一项所述的一种碱式碳酸镍纳米片材料在电池中的应用。

10.如权利要求1-8任一项所述的一种碱式碳酸镍纳米片材料在锂离子电池负极材料上的应用。

技术总结
本发明提供一种碱式碳酸镍纳米片材料及其应用，本发明以简单的一步水热合成法合成出Ni<subgt;2</subgt;(OH)<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;纳米片，并通过原位复合石墨烯，使其电化学性能具有高储锂可逆性和超高电容性。此方法为锂离子电池提供了更高的容量和更好的循环稳定性。与现有报道比，本发明制备方法工艺简单，成本低廉，制得Ni<subgt;2</subgt;(OH)<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;/GO复合材料在锂离子电池中循环性能及倍率性能优异。

技术研发人员：王舜,赵世强,张倩,林敏宇,金辉乐,陈忠伟
受保护的技术使用者：温州大学新材料与产业技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10