[發明專利]一種立方體形氮化鉬的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202110560014.9
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113321192B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 付爭兵;杜逸軒;楊雄;杜軍;丁瑜;余佳閣
• 申請（專利權）人: 湖北工程學院
• 主分類號: C01B21/06
• 分類號: C01B21/06;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 祝蓉蓉

本發明公開了一種立方體形氮化鉬的制備方法及其應用，屬于鋰離子電池電極材料領域，所述制備方法如下：S1、將尿素的乙醇溶液、三聚氰胺的乙醇溶液和四水合鉬酸銨的乙醇溶液進行混合，攪拌得到混合液；所述混合液中四水合鉬酸銨、尿素、三聚氰胺的質量比為5～11:100:3～6；S2、將混合液在室溫下陳化，形成溶膠/凝膠，再冷凍干燥，形成固體；S3、將所得的固體進行預燒后，再進行熱處理，得到前驅體粉體；S4、將所得的前驅體粉體在氮氣氣氛下進行焙燒，冷卻至室溫后，得到氮化鉬電極材料；本發明通過簡單的工藝獲得納米級氮化鉬粉末產品，產品具有立方體形結構，晶粒尺寸小、粒度均勻，用作鋰離子電池負極材料具備優良的循環性能和較高的比容量。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電極材料的制備技術領域，具體涉及一種立方體形氮化鉬的制備方法及其在鋰離子電池負極材料方面的應用。

背景技術

在制造鋰離子電池的關鍵材料中，負極材料是決定其工作性能和價格的重要因素。目前商業化的負極材料主要是石墨類碳材料，但石墨類碳材料的理論容量僅為372mAh/g，同時在大電流充放電時容易出現析鋰現象，導致安全性差，限制了鋰離子電池的發展。所以現如今越來越多的人在研究一些過渡金屬化合物來替代石墨電極材料。其中氮化鉬(Mo₂N)具有化學性質穩定、硬度高、電導率高等優點，是一種良好的儲鋰電極材料。其較高的理論比容量、穩定的循環穩定性以及可觀的電化學儲能特性均正式其可以作為更好的電極負極材料供人們使用。目前制備Mo₂N常用的方法有程序控溫法、水熱法及模板法等。這些方法在制備Mo₂N負極材料方面存在很多缺點：如制備周期長、過程復雜，還存在使用NH₃的問題，并且產品的含氧量高。(“電極活性材料氮化鉬的制備與表征”，李學良，張進，何建波，魯道榮，王華林，合肥工業大學學報，第23卷第5期，公開日為2000年10月)公開了通過三氧化鉬與氨氣的高溫反應，采用程序升溫法開展了氮化鉬的制備。但是制備過程需要嚴格控制升溫速率和反應溫度。快速升溫速率將不利于反應，并導致多種反應中間產物的存在；溫度的增大或降低，也會導致比表面積降低，不僅合成條件苛刻，而且成本高、所得產品的含氧量高。

中國專利CN102161478A公開了氮化鉬的改進制備工藝，制備步驟為：氨水作為溶劑，將鉬酸銨與六亞甲基四胺按質量比3.5:6混合于氨水中，60℃干燥24～26h后進行焙燒，焙燒溫度為800℃，焙燒15h得到Mo₂N。制備工藝簡單，有效降低了產品中的氧含量，所獲得的氮化鉬純度高；但是該制備方法采用氨水作為溶劑，安全性差且污染環境，同時該制備方法制備的氮化鉬沒有立方體形結構。

中國專利CN109399582A公開了塊體材料氮化鉬的高溫高壓制備方法，制備過程為以鉬粉和三聚氰胺為原料，將鉬粉和三聚氰胺分別利用液壓機壓片，做成三明治結構，按合成腔體大小做成圓柱狀；將圓柱狀原料裝入加熱容器，放入合成腔體中，在壓力為4～5GPa、溫度為1500～1900℃下保溫保壓10分鐘；最后冷卻卸壓，制得氮化鉬塊狀材料。然而，塊狀的氮化鉬很難通過常規方法合成，該制備方法壓力達到4～5GPa，條件苛刻，且制備的氮化鉬不適合應用在鋰離子電池負極材料中。

因此，現急需一種安全環保又簡便的制備方法制備出具有優良形貌、性能優異的Mo₂N負極材料。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種利用溶膠-凝膠法合成氮化鉬(Mo₂N)納米材料的制備方法，所述方法反應條件簡單、化學反應容易進行且反應過程易控制，體系組分的擴散在納米范圍內，用該方法制備的Mo₂N材料具有立方體形結構，且晶粒尺寸小、粒度均勻。

本發明的目的是通過以下技術方案得以實現的。

一種立方體形Mo₂N的制備方法，具體包括如下步驟：