一种磷化钴/碳复合电极材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种磷化钴/碳复合电极材料的制备方法和应用。其制备步骤如下：将NaCl、葡萄糖、硫脲、乙酸钴混合，放入聚四氟乙烯内衬反应釜中，将反应釜放入烘箱中，反应温度160℃，然后将所得前驱体，在经过800℃碳化，300℃磷化，155℃硫化，最终得到所需要的磷化钴/碳复合电极材料，在本发明专利技术制备过程简单，具有可控性；制备得到的磷化钴/碳复合电极材料具有结构稳定、电化学性能优异、循环性能好以及比电容量高等优点，非常适合作为电极材料应用于Li

【技术实现步骤摘要】
一种磷化钴/碳复合电极材料的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于新能源电子材料
，涉及一种磷化钴/碳复合电极材料的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]面对如今传统能源枯竭和生态环境污染的现状，锂硫电池（Li
‑
S battery）已经成为当今世界研究的热点，活性物质硫单质储量丰富，且无污染环境友好，其作为Li
‑
S电池的重要构成材料。但是目前Li
‑
S电池仍存在着倍率性能差,循环寿命短的缺点，在充放电过程中发生的穿梭效应与体积膨胀也严重地制约着Li
‑
S电池的发展。江杰涛通过低温磷化制备出多孔碳骨架支撑的磷化钴纳米棒结构的复合材料，然后改变硝酸钴溶液的浓度，制备出不同CoP负载量的复合材料，当硝酸钴溶液浓度为0.15mol L
‑1时，制备出的复合材料(CoP/C
‑
0.15)的储锂性能最优，在1000mA g
‑1电流密度下循环1000圈之后比容量可以维持在292mAh g
‑1，在5000mA g
‑1电流密度下比容量仍可达到152mAh g
‑1(江杰涛. 碳复合磷化钴材料的制备及其储锂（钠）性能研究 [D]. 黑龙江：哈尔滨工程大学，2018)。
[0003]中国专利文献CN111517298A公开了一种无定形磷化钴/纳米碳复合材料，包括以下步骤：(1)将可溶性钴盐溶解于乙醇和水的混合溶液中，加入纳米碳材料和浓氨水(含氨量为25wt％～28wt％)，在室温下搅拌混合均匀后进行超声分散，得到分散液Ⅰ；其中，所述 纳米碳材料为氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和碳纳米管中的一种以上；钴盐与纳米碳材料 的质量比为1:0 .5～5；(2)将所述分散液Ⅰ密封后在油浴中进行加热搅拌，得到分散液Ⅱ；其中，油浴温度 为80 ℃～120 ℃；加热搅拌时间为6h～12h；(3)将所述分散液Ⅱ倒入密封水热反应釜中进行水热反应，反应结束后自然冷却 至室温，离心分离，得到的固体经水和乙醇洗涤，冷冻干燥后得到前驱体；其中，水热反应的 温度为120 ℃～220 ℃；水热反应的时间为8h～24h；(4)将前驱体与次磷酸盐在保护气体氛围下高温退火，得到一种无定形磷化钴/纳米碳复合材料；其中，所述高温退火温度为300 ℃～600 ℃；高温退火时间为1h～3h；所述前 驱体与次磷酸盐的质量比为1:5～1:50。

技术实现思路

[0004]针对现有技术，本专利技术提供了一种新的磷化钴/碳复合电极材料的制备方法的合成的制备方法和应用。
[0005]本专利技术的技术方案如下：根据本专利技术，一种磷化钴/碳复合电极材料的制备方法，包括步骤如下：(1)电子天平称取12 g NaCl、2 g葡萄糖、1 g硫脲、0.4 g乙酸钴，量筒称取50 ml的去离子水加入烧杯中，充分溶解后放进不锈钢反应釜，将反应釜放进烘箱，设定温度160 o
C，时间6 h，将干燥后的产物用去离子水和无水乙醇交替离心洗涤三次。放入60 o
C烘箱中干燥12 h，得到前驱体；(2)将步骤（1）中的得到的前驱体在800 ℃下碳化，升温速度为2 ℃ min
‑1，保温温
度为800 ℃，保温2h；(3)将步骤（2）的到的产物加入含有去离子水的烧杯中，然后将烧杯放在磁力搅拌器上搅拌8 h，将所得到的混合液通过离心机离心，倒出上清液，将所得到的产物用去离子水和无水乙醇交替离心洗涤三次，将得到的产物在60 ℃下干燥12h；(4)将步骤（3）得到的产物和次磷酸钠以质量比为1：10在300 ℃下磷化，升温速度为2 ℃ min
‑1，保温温度为300 ℃，保温2h；(5)将步骤（4）得到的磷化后的产物和单质硫按质量比为4:6在155 ℃下载硫，升温速度为2 ℃ min
‑1，保温温度为155℃，保温12h，即得到磷化钴/碳复合电极材料；根据本专利技术，优选的，步骤（1）中的葡萄糖作为碳源，可通过商业途径得到。
[0006]根据本专利技术，优选的，步骤（1）中的水热反应时间为6h。
[0007]根据本专利技术，优选的，步骤（2）中的碳化温度为800 ℃。
[0008]根据本专利技术，优选的，步骤（4）中的碳材料与次磷酸钠质量比为1：10。
[0009]根据本专利技术，优选的，步骤（4）中的磷化温度是300 ℃。
[0010]根据本专利技术，优选的，步骤（5）中的碳材料与单质硫质量比为4:6。
[0011]根据本专利技术，优选的，步骤（5）中的硫化温度是155 ℃，硫化时间12h。
附图说明
[0012]图1为本专利技术实施例1制得的磷化钴/碳复合电极材料的扫描电镜图。
[0013]图2为本专利技术实施例1制得的磷化钴/碳复合电极材料的恒电流充放电图。
[0014]图3为专利技术实施例1制得的磷化钴/碳复合电极材料的电化学阻抗图。
具体实施方式
[0015]下面结合具体实施例和附图对本专利技术做进一步的说明，但不限于此。
[0016]同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0017]实施例1：电子天平称取12 g NaCl、2 g葡萄糖、1 g硫脲、0.4 g乙酸钴，量筒称取50 ml的去离子水加入烧杯中，一边使用玻璃棒一边搅拌边超声震荡直至完全溶解。将混合物倒入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜，将反应釜放进烘箱，设定温度160 ℃，反应时间6 h，到达时间后，待冷却至室温后小心地将釜取出。将产物用去离子水和无水乙醇交替离心洗涤三次。然后放入60 ℃烘箱中干燥12 h。
[0018]将高温水热得到的前驱体放入开启式真空气氛管式电炉中，首先进行排气抽真空，然后向管式炉内充氩气，在800 ℃下碳化，升温速度为2 ℃ min
‑1，保温温度为800 ℃，保温2h。
[0019]先后用去离子水和无水乙醇交替离心洗涤三次，最后一次使用无水乙醇，随后放入60 o
C烘箱中干燥12 h。
[0020]将水洗后的产物与次磷酸钠以质量比1:10的比例称取后放入真空气氛管式电炉中，装有次磷酸钠的坩埚放在上风口，装有样品的坩埚放入下风口处，管式炉内充满氩气，在300 ℃下磷化，升温速度为2 ℃ min
‑1，保温温度为300 ℃，保温2h。
[0021]将磷化后产物和单质硫以质量比为4：6比例分别称取，将两者研磨充分放入真空气氛管式电炉中，在氮气氛围下升温至155 ℃，升温速度为2 ℃ min
‑1，保温温度为155 ℃，保温2h，得到磷化钴/碳复合电极材料。
[0022]将所得的电极材料组装成纽扣电池，电解液采用LiFL6，在0.1
‑
3 C的不同电流密度下测得电池的容量，在电流密度为0.5 C时,电池容量大约为580 mAh g
‑1，电化学阻抗测试的频率范围0.01 Hz
‑
105Hz。
[0023]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷化钴/碳复合电极材料的制备方法，包括步骤如下：(1)电子天平称取12 g NaCl、2 g葡萄糖、1 g硫脲、0.4 g乙酸钴，量筒称取50 ml的去离子水加入烧杯中，充分溶解后放进不锈钢反应釜，将反应釜放进烘箱，设定温度160 o
C，时间6 h，将干燥后的产物用去离子水和无水乙醇交替离心洗涤三次；放入60 o
C烘箱中干燥12 h，得到前驱体；(2)将步骤(1)中的得到的前驱体在800 ℃下碳化，升温速度为2 ℃ min
‑1，保温温度为800 ℃，保温2h；(3)将步骤(2)的到的产物加入含有去离子水的烧杯中，然后将烧杯放在磁力搅拌器上搅拌8 h，将所得到的混合液通过离心机离心，倒出上清液，将所得到的产物用去离子水和无水乙醇交替离心洗涤三次，将得到的产物在60 ℃下干燥12h；(4)将步骤(3)得到的产物和次磷酸钠以质量比为1：10在300 ℃下磷化，升温速度为2 ℃ min
‑1，保温温度为30...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梅，李鑫，张迪，张云强，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：