一种过渡金属氮化物锂离子电池负极材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体的涉及一种空心纳米花结构的过渡金属氮化物NiCo

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属氮化物锂离子电池负极材料的制备方法及应用
本专利技术涉及锂离子电池负极材料领域，具体的涉及一种空心纳米花结构过渡金属氮化物NiCo2N材料的制备方法与应用。
技术介绍
伴随着快速发展的世界经济而来的是不可再生能源的快速消耗，以及日益突出的环境问题，使得人们迫切需要高效，无污染的新型能源来代替不可再生能源。而这些新能源的使用需要匹配高效储能设备，如各种电化学储能装置。锂离子电池因其较高的能量密度，转换效率和环境友好等特点，是目前最受关注的电化学储能设备，已经广泛应用于手机和笔记本电脑等便携设备以及电动汽车等较大型储能设施中。锂离子电池的性能主要决定于其电极材料，包括正极和负极材料。目前，石墨是使用最多的锂离子电池负极材料，但是其理论容量(370mAh·g-1)较低，循环过程中容量衰减较快，无法满足人们对高能量密度和高功率密度锂离子电池的需求。因此需要寻找容量高，循环稳定性和倍率性能优异的负极材料来代替石墨负极。近年来，过渡金属氮化物作为锂离子电池负极材料正得到人们的广泛关注，其相比于商用的石墨负极具有更高的理论容量。并且，过渡金属氮化物通常具有较高的电导率，较低的充放电电压，在空气中比较稳定。因此，其作为锂离子电池负极材料具有很好的应用前景。文献调研发现，NiCo2N材料作为锂离子电池负极的报导较少，仅有的报导要么材料合成工艺较为复杂，(文献1“WangP,ZhaoB,etal.Rationallydesignedthree-dimensionalporousNiCo2N@Creticularstructureforhigh-performanceLi-ionbatteries”)，要么合成过程中所使用的氮掺杂碳纳米管(NCNTs)成本较高(文献2“ZouR,XuM,etal.Cobaltnickelnitridecoatedbyathincarbonlayeranchoringonnitrogen-dopedcarbonnanotubeanodesforhigh-performancelithium-ionbatteries.”)，均不适宜工业上大规模生产。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种操作步骤简单的制备高性能锂离子电池负极材料的方法，且合成过程中使用的有机物辅助材料安全，成本低廉且无污染。本专利技术的技术方案是用柠檬酸辅助溶剂热法并采用氨气后处理，制备得到由纳米片组装的空心纳米花结构的过渡金属氮化物NiCo2N材料，其在用作锂离子电池负极时，表现出优异的循环稳定性，以及高比容量。本专利技术提供的方案具体如下：S1、将六水硝酸镍与六水硝酸钴加入到去离子水中，然后再加入一水柠檬酸，搅拌，溶解后加入乙醇，充分搅拌得到前驱体溶液；S2、将前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，反应一段时间；S3、反应结束后，使用去离子水和乙醇清洗，在一定转速下，反复多次离心收集得到前驱体；S4、将获得的离心产物置于真空烘箱中干燥；S5、将干燥后的氮化物前驱体置于管式炉中并通入氨气，调整氨气的流速至合适的值，将管式炉加热到一定温度并保温即可得到空心纳米花结构的过渡金属氮化物NiCo2N粉末。优选地，S1中六水硝酸镍与六水硝酸钴摩尔比为1：2；S1中六水硝酸镍与一水柠檬酸的摩尔比为1：1-1：2。优选地，S1中去离子水与乙醇的体积比为1：3-1：4。优选地，S2中溶剂热反应时的温度为160-200℃，反应时间为12-24h。优选地，S2中溶剂热反应时的温度为200℃，反应时间为24h。优选地，S4中烘干温度为60-80℃，烘干时间为12h。优选地，S4中烘干温度为80℃，烘干时间为12h。优选地，S5中管式炉预通氨气0.5-1h，氨气流速为100-200mL/min，升温速率为2-5℃/min，升温至300-350℃，保温2-4h得到空心纳米花结构过渡金属氮化物NiCo2N材料。特别地，本专利技术仅仅使用柠檬酸作为络合剂，大大降低了生产成本，本申请的制备方法步骤简单，反应条件温和，便于操作也利于工业大规模生产。本专利技术还提出将空心纳米花结构的过渡金属氮化物NiCo2N材料作为锂离子电池负极材料的应用。本专利技术所得的NiCo2N材料，具有较大的比表面积，可以与电解液充分接触，同时可缩短锂离子在材料中的传输路径，此外，空心结构的内表面也可以提供额外的锂离子存储位点，有利于容量的提高。附图说明图1为实施例1所得NiCo2N材料的X射线衍射图谱。图2为实施例1所得NiCo2N材料的扫描电子显微镜图。图3为实施例1所得NiCo2N材料的透射电子显微镜图，高分辨透射电子显微镜图以及选取电子衍射图谱。图4为实施例1所得NiCo2N材料中各个元素的X射线光电子能谱(XPS)拟合图。图5为实施例1所得NiCo2N材料XPS和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)图。图6为实施例1所得NiCo2N材料的N2吸附脱附等温曲线和孔径分布图。图7为实施例1所得NiCo2N材料的阻抗谱图。图8为实施例1所得NiCo2N材料的倍率性能图。图9为实施例1所得NiCo2N材料的长循环性能图。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例11)将2mmol六水硝酸镍与4mmol六水硝酸钴加入15mL去离子水中，然后加入2mmol一水柠檬酸搅拌一段时间，溶解后加入50mL乙醇，充分搅拌得到前驱体溶液；2)将前驱体溶液倒入100mL聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，在200℃下反应24h；3)反应结束后，分别使用去离子水和乙醇清洗，利用离心机，在8000r/min的转速下，反复多次离心收集得到前驱体；4)将获得的离心产物置于真空烘箱中80℃下干燥12h；5)将干燥后的前驱体置于管式炉中并通入氨气，调整氨气流速至200mL/min，将管式炉加热到300℃并保温3h即可得到空心纳米花结构的过渡金属氮化物NiCo2N粉末材料。实施例21)将2mmol六水硝酸镍与4mmol六水硝酸钴加入15mL去离子水中，然后加入2mmol一水柠檬酸搅拌一段时间，溶解后加入50mL乙醇，充分搅拌得到前驱液；2)将前驱体溶液倒入100mL聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，在180℃下反应24h；3)反应结束后，分别使用去离子水和乙醇清洗，在8000r/min的转速下，反复多次离心收集得到前驱体；4)将获得的离心产物置于真空烘箱中80℃下干燥12h；5)将干燥后的氮化物前驱体置于管式炉中并通入氨气，调整氨气流速200mL/min，将管式炉加热到300℃并保温3h即可得到空心纳米花结构的过渡金属氮化物NiCo2N粉末。实施例31)将2mmol六水硝酸镍与4mmol六水硝酸钴加入15mL去离子水中，然后加入2mmol一水柠檬酸搅拌一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心纳米花结构的过渡金属氮化物NiCo

【技术特征摘要】
1.一种空心纳米花结构的过渡金属氮化物NiCo2N材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将六水硝酸镍与六水硝酸钴加入到去离子水中，然后再加入一水柠檬酸，搅拌，溶解后加入乙醇，充分搅拌得到前驱体溶液；
S2、将前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，反应一段时间；
S3、反应结束后，使用去离子水和乙醇清洗，在一定转速下，反复多次离心收集得到前驱体；
S4、将获得的离心产物置于真空烘箱中干燥；
S5、将干燥后的氮化物前驱体置于管式炉中并通入氨气，调整氨气的流速至合适的值，将管式炉加热到一定温度并保温即可得到空心纳米花结构的过渡金属氮化物NiCo2N粉末。


2.根据权利要求1所述空心纳米花结构过渡金属氮化物NiCo2N材料的制备方法，其特征在于，S1中六水硝酸镍与六水硝酸钴摩尔比为1：2；S1中六水硝酸镍与一水柠檬酸的摩尔比为1：1-1：2。


3.根据权利要求1或2所述空心纳米花结构过渡金属氮化物NiCo2N材料的制备方法，其特征在于，S1中去离子水与乙醇的体积比为1：3-1：4。

【专利技术属性】
技术研发人员：王佩瑶，赵邦传，白金，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34