[發明專利]一種氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物復合電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710142537.5
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106876157A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 藺華林;陳達明;常興;王愛民;韓生;韓治亞;陳紅艷;劉平;趙志成;劉玥冉;周嘉偉;許廣文;陳海軍;韋煥明;余焓;盧德力;蔣繼波;邱豐;何忠義;熊麗萍
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/46;H01M4/62;H01M4/86
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司31253
• 代理人: 楊軍

技術領域

本發明屬于材料化學技術領域，涉及一種二維階層結構復合電極材料，具體來說，涉及一種氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物復合電極材料及其制備方法。

背景技術

隨著現代科技的迅速發展，人類將面臨著前所未有的機遇，同時也會遇到環境惡化和能源日漸短缺等問題。能源危機已經變成可持續發展的戰略核心，因此開發新的清潔能源已經成為科學家們關注的熱點和焦點。然而在諸多的能量形式當中，電能是使用最后廣泛的清潔能源之一。然而，電能的儲存是能源研究的熱點同時也制約其發展。

當前大多數商業化的電極材料主要是以碳材料為主，但是其充放電比較差，同時由于孔徑過小導致導電性能差，但是其具有熱力學和化學穩定性好等優點。而過渡金屬氧化物和碳材料不同，具有高的能量密度。但是其缺點就是循環穩定性差，導電性不強，工作電壓低，同時比表面積差，不利于電子的快速運輸。如果將金屬氧化物與碳材料復合，將克服上述兩者的缺點，將大大提高性能，可能在能源器件(超級電容器、鋰離子電池、燃料電池)上的應用發揮巨大的作用。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的在于提供一種氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物復合電極材料及其制備方法。該方法環境友好，得到的氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物二維階層結構電極材料能解決現有技術中的雙金屬氧化物導電性不好、易團聚等的缺點，同時具有良好的循環穩定性。

本發明首先通過水熱反應得到CoAl氫氧化物；接著將多巴胺與CoAl氫氧化物進行攪拌復合，最后高溫熱處理得到氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物。

本發明具體技術方案介紹如下。

本發明提供一種氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物復合電極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)制備CoAl氫氧化物

將硝酸鈷、硝酸鋁、尿素和去離子水混合，通過超聲處理，使其充分溶解，得到的溶液移入水熱反應釜中進行水熱反應，反應結束后，自然冷卻至室溫；

(2)合成氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物

先將含氮有機物加入到上述步驟(1)得到的溶液中攪拌，再洗滌凍干；之后將樣品置于管式爐中，在惰性氣體保護下進行熱處理，得到氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物復合電極材料。

本發明中，步驟(1)中，硝酸鈷和硝酸鋁的質量比為2:15～8:1，硝酸鈷和去離子水的質量體積比為1:1～1:1 2mg/ml。

本發明中，步驟(1)中，硝酸鈷與尿素的質量比為1:1-5:1，超聲時間為15-30min。

本發明中，步驟(1)中，水熱反應溫度為90-120℃，反應時間為12-24h。

本發明中，步驟(2)中，攪拌時間為24-48h。

本發明中，步驟(2)中，含氮有機物選自多巴胺、苯胺或吡咯中任意一種；含氮化合物和硝酸鈷的質量比為1:10～5:10。

本發明中，步驟(2)中，冷凍干燥時間為24-48h。

本發明中，步驟(2)中，熱處理時，其加熱控制程序為：4-6℃/min的速度升溫至400-1000℃，保溫時間為2-4h。

本發明還提供一種上述制備方法得到的氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物復合電極材料。優選的，復合材料中，以質量百分數計，Co占30～35％，Al占15～20％，O占20～25％，C占15～20％，N占5～10％。

和現有技術相比，本發明的有益效果在于：

通過本發明的方法獲得的氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物復合電極材料充分利用了雙金屬氧化物、含氮有機物的協同作用，克服了單純金屬氧化物循環性能差、單獨碳材料能量密度低的缺點，不僅循環穩定性好，而且形貌可控性強，具有較高的比電容，是理想的能源材料之一。

附圖說明

圖1是實施例1所得的CoAl氫氧化物粉末的掃描電鏡圖。

圖2是實施例2所得的氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物的透射電鏡圖。

圖3是實施例2所得的氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物電化學性能測試圖。

圖4是實施例2所得的氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物粉末的XRD圖。

圖5是實施例3所得的氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物的掃描電鏡圖。

圖6是實施例4所得的氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物的掃描電鏡圖。

圖7是實施例2所得的氮摻雜碳包覆的層狀CoAl氧化物能譜圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例并結合附圖對本發明進一步闡述，但并不限制本發明。

實施例1