一种微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料及其制备方法技术

一种微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料及其制备方法，所述负极材料由钼掺杂磷化镍生长于碳骨架之中；所述碳的质量含量占总质量的5～20%；所述钼的掺杂量为0.5～1.5%。所述制备方法为：（1）将镍源加入有机溶剂中，加热搅拌；（2）加入有机配体，加热搅拌，超声处理；（3）溶剂热反应，冷却，离心洗涤，干燥，得绿色粉末；（4）将绿色粉末与钼源加入有机溶液中，水浴搅拌至蒸干，得浅绿色粉末；（5）将磷源和浅绿色粉末分别置于管式炉的上游和下游，惰性气氛中，焙烧，冷却，即成。本发明专利技术负极材料组装的锂离子电池比容量高、循环稳定性好、倍率性能好。本发明专利技术方法简单，成本低，反应温度低，周期短，适于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料及其制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，具体涉及一种微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料及其制备方法。
技术介绍
随着人们生活水平的提高和对能源需求的不断增长，高性能的锂离子电池的开发至关重要，而锂离子电池负极材料的研究是关键环节。过渡金属磷化物作为锂离子电池负极材料因其高理论容量而受到研究人员的关注，然而，由于其本身固有的电导率低以及体积膨胀等问题限制了该材料的发展。针对此类材料的缺点，往往需要通过材料纳米化、碳包覆以及元素掺杂等手段进行改性研究。CN108808019A公开了一种杂原子掺杂碳微球负载磷化铁纳米粒子的氧还原催化剂，是以聚膦腈微球为杂原子掺杂多孔碳微球前驱体，以有机或无机铁盐为磷化铁前驱体，经聚膦腈微球吸附铁盐并在惰性气氛下碳化制备。虽然该催化剂的催化活性和商业化Pt/C催化剂接近，廉价易得，同时，其催化稳定性、耐甲醇毒性、耐一氧化碳毒性等特性较商业化Pt/C催化剂更优，但是，该材料并不能用于锂离子电池负极材料的使用。CN109267094A公开了一种杂原子掺杂多孔碳/磷化铁复合材料，所述复合材料包括下述摩尔份：铁源，以铁原子计：3～20份、六氯环三磷腈：0.3～3份、苯胺：0.1～0.5份，能够用于电极的包覆层，与其它包覆材料相比，碳材料的电子传导性较好，使得电子可以更快速有效的进出活性颗粒并能减短电子传输路径，易形成薄膜层状物，使电极表面均匀，保持活性。但是，该方法材料制备所需的原料六氯环三磷腈易升华，其蒸汽对眼睛和呼吸道有刺激作用，合成反应过程不容易控制且污染环境。CN104941673A公开了一种含硫的磷化镍催化剂及其应用，所述催化剂中镍与磷的摩尔比为0.1～5，硫含量以原子百分数计不超过25%。本专利技术所公开的含硫的磷化镍催化剂在对不饱和烃类和硝基苯类化合物的选择加氢反应中，表现出很高的选择性，与按照传统磷酸盐程序升温还原方法制备的Ni2P催化剂相当，但活性明显提高。但是所用原料具有毒性，且制备周期长，产率低。CN107359339A公开了一种多孔碳负载磷化镍材料的锂硫电池正极材料的制备方法，所述方法的步骤如下：（1）将镍盐和次磷酸盐和蒸馏水配制成浸渍溶液；（2）将上述的浸渍溶液与多孔碳材料混合均匀后干燥，得浸渍了溶液的多孔碳前驱物；（3）将所得多孔碳前驱物在惰性气氛管式炉中煅烧，得多孔碳负载磷化镍材料；（4）将所得多孔碳负载磷化镍材料与升华硫混合，高温煅烧后冷却，得多孔碳负载磷化镍材料的锂硫电池正极材料。但是，该方法仅仅将磷化镍作为添加剂对硫的化学反应起催化作用，并没有将磷化镍用于电极材料。CN111575729A公开了一种具有多层级孔洞结构的磷化镍复合物及其制备方法和应用，该磷化镍复合物包括金属泡沫骨架和金属泡沫骨架表面覆盖的磷化镍复合物微米片；金属泡沫骨架间分布有平均孔径为50～500μm的贯穿大孔，金属泡沫骨架表面分布有10～100μm的大孔；磷化镍复合物微米片上分布有纳米孔洞。但是，该方法复杂且步骤繁琐，不适用于工业生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种磷化镍纯度高，形貌规整均匀，组装的锂离子电池比容量高、循环稳定性好、倍率性能好的微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料。本专利技术进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种操作简单，成本低，反应温度低，周期短，可控性强、重复性好，适用性广，适宜于工业化生产的微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料，所述负极材料由钼掺杂磷化镍生长于碳骨架之中；所述碳的质量含量占总质量的5～20%；所述钼的掺杂量为0.5～1.5%。磷化镍作为电极材料可起到提供容量的作用，碳骨架作为结构支撑可以在电极材料的循环过程中起到支撑的作用，有利于结构的稳定，钼元素的掺杂可以提供更多的活性位点，增加材料的导电性能。本专利技术负极材料保存了金属有机物框架结构，更有利于保持结构的稳定，使得电极材料在充放电过程中非常稳定，同时，原位碳的复合不仅可以缓解体积膨胀，还提高了材料的导电性，使其表现出优异的电化学性能。优选地，所述负极材料为微球结构，平均粒径为100～400nm。本专利技术进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将镍源加入有机溶剂中，加热搅拌溶解，得混合溶液A；（2）在步骤（1）所得混合溶液A中，加入有机配体，加热搅拌至溶解，超声处理，得混合溶液B；（3）将步骤（2）所得混合溶液B转移至高压反应釜内，密封，进行溶剂热反应，自然冷却至室温，离心洗涤，干燥，得绿色粉末；（4）将步骤（3）所得绿色粉末与钼源加入有机溶液中，水浴搅拌至蒸干，得浅绿色粉末；（5）将磷源和步骤（4）所得浅绿色粉末分别置于管式炉的上游和下游，在惰性气氛中，焙烧，冷却，得微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料。优选地，步骤（1）中，所述镍源在有机溶液中的浓度为18～40mmol/L。若浓度过高或过低，均不易与步骤（2）中的有机配体形成金属有机物框架。优选地，步骤（1）中，所述镍源为硝酸镍和/或硫酸镍及其水合物等。优选地，步骤（1）中，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或甲醇等中的一种或几种。利用二甲基甲酰胺等作为极性合适的溶剂，可使镍源与有机配体生成的金属有机物框架材料能够在溶剂热过程中生长成为微球结构的材料。优选地，步骤（1）中，所述加热搅拌的温度为25～50℃，搅拌的速度为80～1000r/min（更优选400～800r/min），时间为0.5～2.0h。若温度、搅拌的速度过低或时间过短，均难以保证溶解，若温度、搅拌的速度过高或时间过长，则会导致溶液的过度蒸发。优选地，步骤（2）中，所述有机配体与镍源中镍的摩尔比为0.25～2.00:1。若镍离子浓度过高，则所得金属有机物骨架材料易团聚，若镍离子浓度过低，则难以形成金属有机物骨架材料。优选地，步骤（2）中，所述有机配体为反丁烯二酸、对苯二甲酸或均苯三甲酸等中的一种或几种。所述有机配体的作用是连接金属离子，形成有机物和金属离子相连的骨架材料。优选地，步骤（2）中，所述加热搅拌的温度为25～50℃，搅拌的速度为80～1000r/min（更优选400～800r/min），时间为0.5～2.0h。若温度、搅拌的速度过低或时间过短，均难以保证溶解，若温度、搅拌的速度过高或时间过长，则会导致溶液的过度蒸发。优选地，步骤（2）中，所述超声处理的功率为100～600W，时间为0.5～1.0h。超声处理的目的是为了使有机配体更好的溶解。优选地，步骤（3）中，所述溶剂热反应的温度为100～160℃，时间为4～18h。若溶剂热温度过低或过高，反应时间过短或过长，均会影响晶体的生长。优选地，步骤（3）中，所述离心洗涤的具体方式为：用乙醇和去离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料，其特征在于：所述负极材料由钼掺杂磷化镍生长于碳骨架之中；所述碳的质量含量占总质量的5～20%；所述钼的掺杂量为0.5～1.5%。/n

【技术特征摘要】
1.一种微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料，其特征在于：所述负极材料由钼掺杂磷化镍生长于碳骨架之中；所述碳的质量含量占总质量的5～20%；所述钼的掺杂量为0.5～1.5%。


2.根据权利要求1所述微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料，其特征在于：所述负极材料为微球结构，平均粒径为100～400nm。


3.一种如权利要求1或2所述微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将镍源加入有机溶剂中，加热搅拌溶解，得混合溶液A；
（2）在步骤（1）所得混合溶液A中，加入有机配体，加热搅拌至溶解，超声处理，得混合溶液B；
（3）将步骤（2）所得混合溶液B转移至高压反应釜内，密封，进行溶剂热反应，自然冷却至室温，离心洗涤，干燥，得绿色粉末；
（4）将步骤（3）所得绿色粉末与钼源加入有机溶液中，水浴搅拌至蒸干，得浅绿色粉末；
（5）将磷源和步骤（4）所得浅绿色粉末分别置于管式炉的上游和下游，在惰性气氛中，焙烧，冷却，得微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料。


4.根据权利要求3所述微球结构钼掺杂磷化镍/碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述镍源在有机溶液中的浓度为18～40mmol/L；所述镍源为硝酸镍和/或硫酸镍及其水合物；所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或甲醇中的一种或几种；所述加热搅拌的温度为25～50℃，搅拌的速度为80～1000r/min，时间为0.5～2.0h。


5.根据权利要求3或4所述微球结构钼...

【专利技术属性】
技术研发人员：童汇，李毅，焦雯，黄英德，喻万景，丁治英，郭学益，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43