[發明專利]一種CoP/氮摻雜碳/石墨烯納米復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810699809.6
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108598450B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 趙小軍;劉志宏;羅丹
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 高雪霞

本發明公開了一種CoP/氮摻雜碳/石墨烯納米復合材料及其制備方法，該復合材料是以氧化石墨烯、六水合硝酸鈷、一水合次亞磷酸鈉、4,4'?聯吡啶和1,3,5?均苯三甲酸為原料，采用簡單水熱法以及低溫磷化方法制備而成。本發明方法簡單，成本低廉，所制備的CoP/氮摻雜碳/石墨烯復合材料為三維多孔結構，可應用于鋰/鈉離子電池負極材料并展現了良好的電化學性能。

技術領域

本發明屬于電化學電源領域，具體涉及一種電化學性能優良的CoP/氮摻雜碳/石墨烯納米復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著新世紀的發展，在工業、農業以及各種經濟發展也都十分迅速，因此人類對能源的需求也不斷增加，而傳統的能源如石油、煤等不可再生資源給環境帶來巨大的污染，這并不符合人類在新世紀追求的綠色、健康、可持續發展的理念。近年來，人類一直致力于探索清潔、可再生能源的開發、利用及能量儲存問題。而鋰離子電池作為一種高效的、易存儲的電能存儲器件受到了廣泛的關注和研究。與鋰離子電池相比，鈉離子電池體系由于鈉資源豐富、價格低廉、較高的電位等優點，是繼鋰離子電池體系以來最具有研究價值和應用前景的二次電池體系。

鈉離子電池負極材料是衡量鈉離子電池性能的重要指標之一。其中負極材料電極中可以和鈉發生轉換反應的材料包括3d過渡金屬氧化物、硫化物、磷化物等。而實際上大多數的電極材料存在實際容量遠遠低于理論容量、倍率性能差、可逆容量衰減快，循環壽命短、充放電位極化大、能量損耗大等問題。而這些問題由以下幾個原因導致：(1)電極材料形貌和微結構的變化；(2)電極上活性物質的體積變化，這最終會導致活性物質的粉碎和電極的機械解體；(3)導電性差致使其利用率大大降低。此外與3d過渡金屬氧化物、硫化物相比，金屬磷化物極化作用最小，且容量高，電壓平臺低。更重要的是，過渡金屬磷化物具有更小的體積膨脹，并且其類似金屬的特征也意味著過渡金屬磷化物的導電性相對較好。因此，尋找新型負極材料或者設計組裝新型負極材料結構來實現鋰/鈉離子電池的高能量和功率密度、長循環壽命、低成本和高安全性能需求是科學家一直追求的目標，已成為研究的前沿熱點。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種具有高比容量、大倍率和長壽命以及穩定性好的儲鋰/鈉性能的CoP/氮摻雜碳/石墨烯復合材料，并為該復合材料提供一種制備方法。

針對上述目的，本發明的CoP/氮摻雜碳/石墨烯納米復合材料由下述方法制備得到：將氧化石墨烯超聲分散于N,N-二甲基甲酰胺中，再加入六水合硝酸鈷、4,4'-聯吡啶和1,3,5-均苯三甲酸，室溫攪拌0.5～1小時，然后將所得懸濁液轉入高壓釜中，在110～130℃下反應5～8小時，自然冷卻到室溫，離心、洗滌、干燥；所得干燥產物與一水次磷酸鈉按質量比為10～20:1置于氬氣氣氛中，在300～400℃下煅燒1～3小時，得到CoP/氮摻雜碳/石墨烯納米復合材料。

上述制備方法中，優選氧化石墨烯與N,N-二甲基甲酰胺的質量-體積比為0.5～0.9mg:1mL，氧化石墨烯與六水合硝酸鈷的質量比為1:15～30，六水合硝酸鈷與4,4'-聯吡啶、1,3,5-均苯三甲酸的摩爾比為1:1:1。

上述制備方法中，優選將所得懸濁液轉入高壓釜中，在120℃下反應6小時。

上述制備方法中，進一步優選所得干燥產物與一水次磷酸鈉按質量比為15～18:1置于氬氣氣氛中，在320～350℃下煅燒2小時。

本發明首次利用溶劑熱法將鈷-4,4'-聯吡啶-1,3,5-均苯三甲酸與石墨烯復合得到鈷-4,4'-聯吡啶-1,3,5-均苯三甲酸/石墨烯復合材料，然后通過低溫磷化得到多孔狀CoP/氮摻雜碳/石墨烯納米復合材料。本發明通過簡單、成本低廉的方法將納米CoP顆粒均勻地分散在氮摻雜碳/石墨烯納米復合材料上，且以本發明CoP/氮摻雜碳/石墨烯納米復合材料做電池負極材料，展示出優越的儲鋰/鈉性能。

附圖說明