[發(fā)明專利]一種磷化鈷材料及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210447072.5
• 申請(qǐng)日: 2022-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN114852979A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉起輝;傅焰鵬;羅京;方桃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B25/08
• 分類號(hào): C01B25/08;H01M4/36;H01M4/58;C01B32/198
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 孫鳳俠

本發(fā)明屬于電池材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷化鈷材料及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明采用植酸溶液與甘油酸鈷進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程中能通過控制反應(yīng)的時(shí)間來調(diào)整所得磷化鈷材料的相態(tài)及形貌，操作方法簡(jiǎn)單，條件溫和，能有效減少PH₃等有毒氣體產(chǎn)生，降低空氣污染；制備得到的磷化鈷材料不僅自身具有優(yōu)異的導(dǎo)電率、比容量、倍率性能和循環(huán)性能，將其與單層氧化石墨烯制備得到的磷化鈷復(fù)合材料也具有優(yōu)異的導(dǎo)電率、比容量、倍率性能和循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池材料技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種磷化鈷材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

磷化鈷作為一種過渡金屬化合物，具有理論比容量高，化學(xué)穩(wěn)定性好、氧化還原電位較低的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極領(lǐng)域。磷化鈷的物相相態(tài)較多，常見的相態(tài)主要為CoP和Co₂P。目前報(bào)道的制備磷化鈷的方法主要有化學(xué)氣相沉積法、程序升溫法、有機(jī)金屬分解法、溶劑熱合成法、氫等離子體還原法、電解熔融鹽等。然而上述方法普遍存在一些缺點(diǎn)，如添加不同P/Co的量、反應(yīng)的溫度和所負(fù)載的載體會(huì)影響生成的相的種類，難以可控合成磷化鈷的物相，得到的產(chǎn)物為CoP相還是Co₂P相是不確定的，通過對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)定后，才能確定使用該方法得到的產(chǎn)物為哪種相態(tài)的材料。除此之外，若要同時(shí)制備CoP相和Co₂P相的材料，需要兩種制備方法進(jìn)行制備，操作非常不方便。如中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種磷化二鈷/碳復(fù)合材料，采用的方法是直接將紅磷作為磷源與鈷源通過水熱反應(yīng)進(jìn)行制備，雖然制備得到的磷化二鈷/碳復(fù)合材料具有一定的導(dǎo)電性及循環(huán)性，但其產(chǎn)物經(jīng)過測(cè)定才能確定是Co₂P相，且產(chǎn)物只有Co₂P相，不能控制CoP和Co₂P兩相的生成。可見，現(xiàn)有技術(shù)中制備磷化鈷材料的方法中，還依舊存在有不能控制CoP和Co₂P兩相生成的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有制備磷化鈷材料的方法中，反應(yīng)過程中不能控制CoP和Co₂P兩相生成的缺陷和不足，提供一種能控制CoP和Co₂P兩相生成的磷化鈷材料的制備方法。

本發(fā)明的目的是提供一種磷化鈷材料。

本發(fā)明的另一目的是提供一種磷化鈷復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的另一目的是提供一種磷化鈷復(fù)合材料。

本發(fā)明的另一目的是提供一種磷化鈷材料和磷化鈷復(fù)合材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

本發(fā)明的上述目通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種磷化鈷材料的制備方法，包括如下步驟：

將甘油酸鈷與0.1～1.5mol/L植酸溶液在有機(jī)溶液中反應(yīng)5～60min，后處理得粉紅色固體，在氬氫氣體氛圍中煅燒0.5～3小時(shí)，即得；

所述甘油酸鈷與0.1～1.5mol/L植酸溶液的添加量比值為：0.1g:(8.5～10.5)ml。

本發(fā)明創(chuàng)造性采用0.1～1.5mol/L植酸溶液與甘油酸鈷進(jìn)行反應(yīng)，在反應(yīng)中，采用0.1～1.5mol/L植酸作為磷源。一方面，植酸為有機(jī)酸，反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，且在反應(yīng)中不會(huì)產(chǎn)生劇毒易爆炸的PH₃氣體，反應(yīng)綠色安全；另一方面，植酸中氫離子不斷電離，電離出來的氫離子與甘油酸鈷反應(yīng)，使甘油酸鈷中的Co游離出來達(dá)到刻蝕中空結(jié)構(gòu)的目的，同時(shí)植酸進(jìn)入甘油酸鈷中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在甘油酸鈷內(nèi)部與剩余的鈷原子發(fā)生螯合作用形成不溶性含磷化合物，通過調(diào)控甘油酸鈷與植酸的反應(yīng)時(shí)間最終達(dá)到控制兩相生成的目的。但植酸的濃度過低(小于0.1mol/L)，不能達(dá)到刻蝕鈷鹽的作用，只能得到含鈷的碳復(fù)合材料；植酸的濃度過高(大于1.5mol/L)，與甘油酸鈷的刻蝕過程太快，無法調(diào)控時(shí)間得到Co₂P相。