[發(fā)明專利]一種鉬摻雜磷化鈷碳珊瑚片復(fù)合材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910910982.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN110627031A
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶石;孫碩;謝天歡;錢斌;吳大軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常熟理工學(xué)院
• 主分類號(hào): C01B25/08
• 分類號(hào): C01B25/08;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 32204 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 張俊范

本發(fā)明公開了一種鉬摻雜磷化鈷碳珊瑚片復(fù)合材料的制備方法，將金屬鈷鹽與咪唑有機(jī)溶解在去離子水中制得MOF材料，然后與鉬酸銨反應(yīng)得到前驅(qū)體，后經(jīng)過(guò)低溫磷化得到目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明方法其步驟簡(jiǎn)單，條件溫和，便于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，制得的納米珊瑚片具有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電子導(dǎo)電性，應(yīng)用于鋰離子電池電極，倍率性能及循環(huán)性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池材料領(lǐng)域的磷化鈷碳復(fù)合材料的制備方法，特別是涉及一種鉬摻雜磷化鈷碳珊瑚片復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池在當(dāng)今世界收到了越來(lái)越多的關(guān)注，并且它已經(jīng)成為了21世紀(jì)以來(lái)最具發(fā)展?jié)摿Φ幕瘜W(xué)能源之一,鋰離子電池由于能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性高、無(wú)污染和高功率等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車以及便攜式電子設(shè)備。鋰離子電池的負(fù)極材料是其重要的組成部分，影響著電化學(xué)性能的主要瓶頸之一。然而，目前商品化的鋰離子電池的負(fù)極材料為石墨類材料，理論容量?jī)H為372mAh g^-1，且在大倍率充放電過(guò)程中存在嚴(yán)重的安全問(wèn)題，已無(wú)法滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求，特別是在新能源汽車動(dòng)力電池。因此研究和開發(fā)新型負(fù)極材料至關(guān)重要。

過(guò)渡金屬磷化物材料由于具有較高的理論可逆比容量、資源豐富和導(dǎo)電性良好等特點(diǎn)，已成為近年來(lái)能源化工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其中，磷化鈷具有較高的理論比容量，組成元素?zé)o毒以及成本較低，被廣泛地作為鋰離子電池負(fù)極材料而研究。然而，其在充放電過(guò)程中引起的較大的體積變化造成循環(huán)穩(wěn)定性差和倍率性能低，限制其進(jìn)一步的發(fā)展。通過(guò)摻雜金屬是被認(rèn)為是一種有效的改善途徑，Wang等人(Electrochim Acta.,2019,301,319-324)利用制備出Mo-Li₂ZnTi₃O₈納米顆粒嵌入三維多孔石墨烯復(fù)合材料，在電流密度為2A g^-1電流密度下循環(huán)300圈后還表現(xiàn)出210mAh g^-1的可逆比容量。Xia等人(Front Mater,2019,6,00001)合成出Mo-TiO₂納米顆粒包覆在一維碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料，在電流密度為850mAg^-1電流密度下表現(xiàn)出449.2mAh g^-1的可逆比容量。公開號(hào)為CN105161700A的中國(guó)專利公開了一種三氧化鉬包覆鉬摻雜二氧化鈦納米顆粒的制備方法，采用一步火焰噴霧燃燒技術(shù)，快速連續(xù)化制備三氧化鉬包覆鉬摻雜二氧化鈦納米復(fù)合顆粒材料，這種三氧化鉬包覆鉬摻雜二氧化鈦納米顆粒由于其納米尺度小，導(dǎo)致其振實(shí)密度低，且比表面積小，作為鋰離子電池負(fù)極材料容量比較低。公開號(hào)為CN109148843A的中國(guó)專利公開了一種具有良好高溫性能的硼摻雜負(fù)極材料及其固相制備方法，以硼氧化合物為摻雜劑，直接通過(guò)固相反應(yīng)一步使硼氧化合物在高溫下分解產(chǎn)生氧化硼，控制氧化硼與負(fù)極材料表面進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)表面改性，一方面能夠通過(guò)硼的催化作用，減少負(fù)極材料的表面缺陷，提高其石墨化度；另一方面能夠通過(guò)氧化硼與負(fù)極材料表面的復(fù)合反應(yīng)，減少負(fù)極材料的表面缺陷，但是，該制備方法利用非金屬摻雜，由于其改性難度大，所以此材料作為鋰離子電池負(fù)極材料不具有優(yōu)勢(shì)，循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能會(huì)受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種鉬摻雜磷化鈷碳珊瑚片復(fù)合材料的制備方法，制備出磷化鈷納米片，具有較大的振實(shí)密度和比表面積。作為鋰離子電池負(fù)極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：一種鉬摻雜磷化鈷碳珊瑚片復(fù)合材料的制備方法，包括：

步驟1、將含有2-甲基咪唑的水溶液快速倒入到硝酸鈷水溶液中進(jìn)行攪拌，靜置反應(yīng)后，取出沉淀物，用去離子水清洗后進(jìn)行60～80℃真空干燥得到MOF-Co材料；

步驟2、將MOF-Co材料加入到含有鉬酸銨的乙醇/去離子水混合溶液中，攪拌后將溶液放置在80～85℃的浴鍋中反應(yīng)，離心得沉淀再清洗后進(jìn)行60～80℃真空干燥得前驅(qū)體，所述MOF-Co材料與鉬酸銨質(zhì)量比為2︰1～1︰2；