[發(fā)明專利]一種過渡金屬氮化物鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011240183.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN112758990A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王佩瑤;趙邦傳;白金
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): C01G53/00
• 分類號(hào): C01G53/00;B82Y40/00;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長(zhǎng)遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34119
• 代理人: 孫麗麗

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種空心納米花結(jié)構(gòu)的過渡金屬氮化物NiCo₂N材料的制備及其在鋰離子電池中的應(yīng)用，主要制備方法是通過一步溶劑熱法加氨氣后退火工藝制得空心納米花結(jié)構(gòu)的NiCo₂N。NiCo₂N材料用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，在鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域，具體的涉及一種空心納米花結(jié)構(gòu)過渡金屬氮化物NiCo₂N材料的制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

伴隨著快速發(fā)展的世界經(jīng)濟(jì)而來(lái)的是不可再生能源的快速消耗，以及日益突出的環(huán)境問題，使得人們迫切需要高效，無(wú)污染的新型能源來(lái)代替不可再生能源。而這些新能源的使用需要匹配高效儲(chǔ)能設(shè)備，如各種電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。鋰離子電池因其較高的能量密度，轉(zhuǎn)換效率和環(huán)境友好等特點(diǎn)，是目前最受關(guān)注的電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)和筆記本電腦等便攜設(shè)備以及電動(dòng)汽車等較大型儲(chǔ)能設(shè)施中。鋰離子電池的性能主要決定于其電極材料，包括正極和負(fù)極材料。目前，石墨是使用最多的鋰離子電池負(fù)極材料，但是其理論容量(370mAh·g^-1)較低，循環(huán)過程中容量衰減較快，無(wú)法滿足人們對(duì)高能量密度和高功率密度鋰離子電池的需求。因此需要尋找容量高，循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能優(yōu)異的負(fù)極材料來(lái)代替石墨負(fù)極。

近年來(lái)，過渡金屬氮化物作為鋰離子電池負(fù)極材料正得到人們的廣泛關(guān)注，其相比于商用的石墨負(fù)極具有更高的理論容量。并且，過渡金屬氮化物通常具有較高的電導(dǎo)率，較低的充放電電壓，在空氣中比較穩(wěn)定。因此，其作為鋰離子電池負(fù)極材料具有很好的應(yīng)用前景。文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，NiCo₂N材料作為鋰離子電池負(fù)極的報(bào)導(dǎo)較少，僅有的報(bào)導(dǎo)要么材料合成工藝較為復(fù)雜，(文獻(xiàn)1“Wang P,Zhao B,et al.Rationally designed three-dimensional porous NiCo₂N@C reticular structure for high-performance Li-ionbatteries”)，要么合成過程中所使用的氮摻雜碳納米管(NCNTs)成本較高(文獻(xiàn)2“Zou R,Xu M,et al.Cobalt nickel nitride coated by a thin carbon layer anchoring onnitrogen-doped carbon nanotube anodes for high-performance lithium-ionbatteries.”)，均不適宜工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種操作步驟簡(jiǎn)單的制備高性能鋰離子電池負(fù)極材料的方法，且合成過程中使用的有機(jī)物輔助材料安全，成本低廉且無(wú)污染。

本發(fā)明的技術(shù)方案是用檸檬酸輔助溶劑熱法并采用氨氣后處理，制備得到由納米片組裝的空心納米花結(jié)構(gòu)的過渡金屬氮化物NiCo₂N材料，其在用作鋰離子電池負(fù)極時(shí)，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，以及高比容量。

本發(fā)明提供的方案具體如下：

S1、將六水硝酸鎳與六水硝酸鈷加入到去離子水中，然后再加入一水檸檬酸，攪拌，溶解后加入乙醇，充分?jǐn)嚢璧玫角膀?qū)體溶液；

S2、將前驅(qū)體溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)一段時(shí)間；

S3、反應(yīng)結(jié)束后，使用去離子水和乙醇清洗，在一定轉(zhuǎn)速下，反復(fù)多次離心收集得到前驅(qū)體；

S4、將獲得的離心產(chǎn)物置于真空烘箱中干燥；

S5、將干燥后的氮化物前驅(qū)體置于管式爐中并通入氨氣，調(diào)整氨氣的流速至合適的值，將管式爐加熱到一定溫度并保溫即可得到空心納米花結(jié)構(gòu)的過渡金屬氮化物NiCo₂N粉末。