一种磷化钴材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于电池材料技术领域，具体涉及一种磷化钴材料及其制备方法与应用。本发明专利技术采用植酸溶液与甘油酸钴进行反应，反应过程中能通过控制反应的时间来调整所得磷化钴材料的相态及形貌，操作方法简单，条件温和，能有效减少PH3等有毒气体产生，降低空气污染；制备得到的磷化钴材料不仅自身具有优异的导电率、比容量、倍率性能和循环性能，将其与单层氧化石墨烯制备得到的磷化钴复合材料也具有优异的导电率、比容量、倍率性能和循环性能。倍率性能和循环性能。倍率性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种磷化钴材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电池材料
更具体地，涉及一种磷化钴材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]磷化钴作为一种过渡金属化合物，具有理论比容量高，化学稳定性好、氧化还原电位较低的特点，被广泛应用于锂离子电池负极领域。磷化钴的物相相态较多，常见的相态主要为CoP和Co2P。目前报道的制备磷化钴的方法主要有化学气相沉积法、程序升温法、有机金属分解法、溶剂热合成法、氢等离子体还原法、电解熔融盐等。然而上述方法普遍存在一些缺点，如添加不同P/Co的量、反应的温度和所负载的载体会影响生成的相的种类，难以可控合成磷化钴的物相，得到的产物为CoP相还是Co2P相是不确定的，通过对产物进行测定后，才能确定使用该方法得到的产物为哪种相态的材料。除此之外，若要同时制备CoP相和Co2P相的材料，需要两种制备方法进行制备，操作非常不方便。如中国专利申请公开了一种磷化二钴/碳复合材料，采用的方法是直接将红磷作为磷源与钴源通过水热反应进行制备，虽然制备得到的磷化二钴/碳复合材料具有一定的导电性及循环性，但其产物经过测定才能确定是Co2P相，且产物只有Co2P相，不能控制CoP和Co2P两相的生成。可见，现有技术中制备磷化钴材料的方法中，还依旧存在有不能控制CoP和Co2P两相生成的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是克服现有制备磷化钴材料的方法中，反应过程中不能控制CoP和Co2P两相生成的缺陷和不足，提供一种能控制CoP和Co2P两相生成的磷化钴材料的制备方法。
[0004]本专利技术的目的是提供一种磷化钴材料。
[0005]本专利技术的另一目的是提供一种磷化钴复合材料的制备方法。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种磷化钴复合材料。
[0007]本专利技术的另一目的是提供一种磷化钴材料和磷化钴复合材料在锂离子电池中的应用。
[0008]本专利技术的上述目通过以下技术方案实现：
[0009]一种磷化钴材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]将甘油酸钴与0.1～1.5mol/L植酸溶液在有机溶液中反应5～60min，后处理得粉红色固体，在氩氢气体氛围中煅烧0.5～3小时，即得；
[0011]所述甘油酸钴与0.1～1.5mol/L植酸溶液的添加量比值为：0.1g:(8.5～10.5)ml。
[0012]本专利技术创造性采用0.1～1.5mol/L植酸溶液与甘油酸钴进行反应，在反应中，采用0.1～1.5mol/L植酸作为磷源。一方面，植酸为有机酸，反应在室温下进行，且在反应中不会产生剧毒易爆炸的PH3气体，反应绿色安全；另一方面，植酸中氢离子不断电离，电离出来的氢离子与甘油酸钴反应，使甘油酸钴中的Co游离出来达到刻蚀中空结构的目的，同时植酸
进入甘油酸钴中空结构内部，在甘油酸钴内部与剩余的钴原子发生螯合作用形成不溶性含磷化合物，通过调控甘油酸钴与植酸的反应时间最终达到控制两相生成的目的。但植酸的浓度过低(小于0.1mol/L)，不能达到刻蚀钴盐的作用，只能得到含钴的碳复合材料；植酸的浓度过高(大于1.5mol/L)，与甘油酸钴的刻蚀过程太快，无法调控时间得到Co2P相。
[0013]优选地，所述甘油酸钴的制备方法为：依次向钴盐中加入异丙醇和丙三醇，在150～220℃密封条件下水热反应完全，离心2～3次、洗涤、干燥即得。
[0014]优选地，所述丙三醇与异丙醇的体积比为1:(3～8)。
[0015]优选地，所述钴盐与异丙醇、丙三醇的比值为：0.1g:(30～50)ml:(5～10)ml。
[0016]更优选地，所述钴盐为硝酸钴或其水合物。
[0017]优选地，所述水热反应的时间为2～6h。
[0018]优选地，所述离心的转速设置为10000～12000r/min，时间为4～6min。
[0019]优选地，所述洗涤用无水乙醇洗涤。
[0020]优选地，所述干燥的温度为70～90℃，时间为5～8h。
[0021]优选地，所述0.1～1.5mol/L植酸溶液由植酸体积比为40～60％的植酸水溶液溶于有机溶剂中得到。
[0022]优选地，所述氩氢气体中氢气的浓度为3～6％。
[0023]优选地，所述煅烧的温度为600～900℃。
[0024]优选地，所述有机溶剂为无水乙醇或甲醇。
[0025]优选地，所述煅烧的升温速率为1～2℃/min。
[0026]优选地，所述煅烧之前还包括在200～500℃下预煅烧2～3h。
[0027]更优选地，所述预煅烧的升温速率为1～2℃/min。
[0028]优选地，所述反应时间为5～30min时，得到的磷化钴材料为Co2P相，所述反应时间为40min～60min时，得到的磷化钴材料为CoP相，所述反应时间为30～40min时，得到的磷化钴材料为CoP与Co2P的混合相。
[0029]优选地，所述反应的方式为搅拌反应，搅拌的转速为400～600r/min。
[0030]优选地，所述后处理包括真空抽滤、洗涤、干燥。
[0031]更优选地，所述洗涤用无水乙醇洗涤。
[0032]更优选地，所述干燥的温度为70～90℃，时间为5～8h。
[0033]本专利技术进一步保护一种磷化钴材料，由上述制备方法制备得到。
[0034]优选地，所述磷化钴材料的结构为中空球状结构。
[0035]本专利技术进一步保护一种磷化钴复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0036]将甘油酸钴与0.1～1.5mol/L植酸溶液在有机溶液中反应5～60min，后处理得粉红色固体，将粉红色固体与氧化石墨烯分散液在有机溶剂中反应1.5～3小时，煅烧，即得磷化钴复合材料；
[0037]所述甘油酸钴与0.1～1.5mol/L植酸溶液的添加量比值为：0.1g:(8.5～10.5)ml。
[0038]优选地，所述粉红色固体与氧化石墨烯的质量比为(5～8)：1。
[0039]优选地，所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯。
[0040]优选地，所述有机溶剂为无水乙醇或甲醇。
[0041]本专利技术进一步保护一种磷化钴复合材料，由上述制备方法制备得到。
[0042]本专利技术进一步保护上述磷化钴材料和磷化钴复合材料在锂离子电池中的应用。
[0043]本专利技术具有以下有益效果：
[0044]本专利技术采用植酸溶液与甘油酸钴进行反应，反应过程中能通过控制反应的时间来调整所得磷化钴材料的相态及形貌，操作方法简单，条件温和，能有效减少PH3等有毒气体产生，降低空气污染；制备得到的磷化钴材料不仅自身具有优异的导电率、比容量、倍率性能和循环性能，将其与单层氧化石墨烯制备得到的磷化钴复合材料也具有优异的导电率、比容量、倍率性能和循环性能。
附图说明
[0045]图1为实施例1～7制备得到的磷化钴材料的XRD图谱，并与标准谱图进行对比图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷化钴材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将甘油酸钴与0.1～1.5mol/L植酸溶液在有机溶液中反应5～60min，后处理得粉红色固体，在氩氢气体氛围中煅烧0.5～3小时，即得；所述甘油酸钴与0.1～1.5mol/L植酸溶液的添加量比值为：0.1g:(8.5～10.5)ml。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为600～900℃。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述氩氢气体中氢气的浓度为3～6％。4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述煅烧之前还包括在200～500℃下预煅烧2～3h。5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述反应时间为5～30min时，得到的磷化钴材料为Co2P相，所述反应时间为40min～60min时，得到的磷化钴材料为CoP相，所述反应时间为30～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘起辉，傅焰鹏，罗京，方桃，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：