钙碳化物与氯化镍一步热化学合成Ni/NiO@石墨负极材料及其在锂离子电池中的卓越性能

本文报道了一种通过钙碳化物(CaC2)与氯化镍(NiCl2)的一步热化学反应制备Ni/NiO@石墨复合材料的创新方法。该材料作为锂离子电池(LIB)负极展现出优异的电化学性能：在0.04 A g?1和1.86 A g?1电流密度下分别实现485 mA h g?1和278 mA h g?1的比容量，且在1000次循环后容量保持稳定。研究通过原位催化石墨化机制降低了反应温度，金属镍(Ni)与氧化镍(NiO)的协同作用显著提升了材料的导电性和锂存储能力，为高性能LIB负极开发提供了新策略。

　　

亮点

本研究通过钙碳化物与氯化镍的简易热化学反应，成功制备出具有核壳结构的Ni/NiO@石墨复合材料。该材料展现出"三合一"优势：(1)原位生成的石墨基质提供稳定框架；(2)Ni/NiO纳米颗粒增强锂存储能力；(3)金属镍网络显著提升电子传导速率。

材料制备

将3 g钙碳化物粉末与0.9 g氯化镍研磨混合后，置于氮气氛围管式炉中（流速10 mL min^?1），以5°C min^?1升温至500-1200°C反应3小时。产物经稀盐酸洗涤去除杂质后，获得具有分级多孔结构的黑色粉末。值得注意的是，反应体系全程隔绝氧气，避免钙碳化物提前氧化失效。

结果与讨论

XRD分析显示，1100°C产物（标记为Ni/NiO@G₁₁₀₀）呈现典型的石墨(002)晶面衍射峰，其层间距(d₀₀₂=0.336 nm)接近理想石墨晶体。TEM图像清晰展示出10-20 nm的Ni/NiO颗粒被石墨碳层均匀包裹，这种"石榴状"结构能有效缓冲充放电过程中的体积膨胀。电化学测试表明，材料在3.0-0.01 V电压窗口内具有典型的石墨嵌锂平台（0.2 V附近）和NiO转化反应平台（0.5-1.0 V），二者协同贡献容量。

结论

该工作开发了一种低温（相比传统2000°C石墨化工艺）、低成本的Ni/NiO@石墨合成方法。特别值得注意的是，反应中形成的镍基中间体作为"原子级搅拌器"，不仅催化碳源转化为高度石墨化结构，还自发构建了三维导电网络。这种"一步法"制备的复合材料在保持石墨循环稳定性的同时，比容量比纯石墨提高30%以上，为新一代高能量密度LIB负极材料设计提供了新思路。