一种高比表面、高稳定性的CoP@Re-NC电极材料制造技术

本发明专利技术属于材料制备技术领域，涉及一种钠离子电池负极材料，特别涉及一种高比表面、高稳定性的CoP@Re

【技术实现步骤摘要】
一种高比表面、高稳定性的CoP@Re
‑
NC电极材料


[0001]本专利技术属于材料制备
，涉及一种钠离子电池负极材料，特别涉及一种高比表面、高稳定性的CoP@Re
‑
NC电极材料。

技术介绍

[0002]众所周知，锂离子电池作为便携式电子器件在电动汽车、混合型电车、智能电网等领域具有很大的应用潜能。但是锂元素在地壳中的含量很少，分布也不均匀，这就导致在过去十多年时间里锂资源的价格大量上涨。生产成本和安全性问题成为锂离子电池进一步广泛推广的重大挑战。因此，含量丰富的钠离子电池引起了人们的研究兴趣，尤其用钠离子电池作为大规模的储能装置。目前人们正在致力于寻找性能优异的钠离子电池的负极材料，对钠离子电池负极材料的研究主要集中在：碳材料、硅、锡及其氧化物、过渡金属氧化物、钛酸锂以及其它材料。其中硅、锡及其氧化物作为钠离子电池负极材料时，在钠的嵌入和脱出会发生很大的体积变化，会导致电极材料的机械稳定性逐渐降低，从而逐渐失效，因此循环性能很差，而金属氧化物、金属磷化物和金属硫化物等电极材料在充放电过程中会发生化学结构的重组，这种重组会伴随着电极材料结构上的变化，也会产生体积上的膨胀，不利于Na
+
的储能。为此，克服电极材料在循环过程中体积膨胀的问题，制备具有高比表面、高稳定性的电极材料就显得尤为重要了。
[0003]金属磷化物由于其丰富的能量储备和良好的理论容量，被认为是钠离子电池的潜在负极材料选材料。但是磷化物的体积膨胀严重，动力学反应较慢，导致电化学性能不理想。在此，本专利技术制备了内部超小CoP纳米颗粒核和外部Re
‑
NC壳的CoP@Re
‑
NC电极材料，它们具有优良的Na
+
存储性能。超小CoP纳米颗粒与Re
‑
NC网络之间的协同效应是增强Na
+
存储的来源。铼
‑
碳、氮键的存在可以有效地提高CoP的钠离子储存性能。更具体地说，Re
‑
NC主链减轻了CoP纳米颗粒的体积变化，促进了电解液中Na
+
的插入/提取，为钠离子电池的发展提供了新的选择。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种钠离子电池负极材料，特别涉及一种高比表面、高稳定性的CoP@Re
‑
NC电极材料。其具体制备步骤如下：
[0005]S1、将2
‑
8g的2
‑
甲基咪唑溶解于15
‑
30mL甲醇中命名为A溶液，然后将0.5
‑
0.8g的Co(NO3)2·
6H2O或乙酰丙酮钴溶解于10
‑
20mL甲醇中命名为B溶液，在室温下搅拌18
‑
24h；离心收集所得产物，用甲醇洗涤数次，在真空70℃的烘箱中干燥10h，即可获得十二面体状的Co前驱体。
[0006]S2、将0.15
‑
0.4g的步骤S1制备的十二面体状的Co前驱体溶解在10
‑
25mL乙醇中超声分散10
‑
25min。然后在上述分散体中加入0.2
‑
0.8g的NH4ReO4，加入0.1
‑
0.3g的次磷酸钠，超声处理1
‑
2h，在60
‑
75℃下搅拌10
‑
15min，加入适量蒸馏水形成透明溶液；然后，加入3
‑
5ml的氮甲基吡咯烷酮溶液(NMP)，搅拌均匀后，转移至封闭的微波化学反应器中，在180
‑
时的CV曲线
[0030]图8是本专利技术实施例3和对比例2、3制备的电极材料制作成钠离子电池测试的阻抗谱图
[0031]图9是本专利技术实施例4和对比例4、5制备的电极材料制作成钠离子在1Ag
‑1下的长循环稳定性测试图
具体实施方式
[0032]以下将结合附图详细说明本专利技术的示例性实施例、特征和性能方面。
[0033]实施例1
[0034]S1、将2g的2
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甲基咪唑溶解于15mL甲醇中命名为A溶液，然后将0.5g的Co(NO3)2·
6H2O溶解于10mL甲醇中命名为B溶液，在室温下搅拌18h；离心收集所得产物，用甲醇洗涤数次，在真空70℃的烘箱中干燥10h，即可获得十二面体状的Co前驱体。
[0035]S2、将0.15g的步骤S1制备的十二面体状的Co前驱体溶解在10mL乙醇中超声分散10min。然后在上述分散体中加入0.2g的NH4ReO4，加入0.1g的次磷酸钠，超声处理1h，在60℃下搅拌10min，加入适量蒸馏水形成透明溶液；然后，加入3ml的氮甲基吡咯烷酮溶液(NMP)，搅拌均匀后，转移至封闭的微波化学反应器(SINEO MAS
‑
II PLUS，Sineo)中，在180℃下反应5min，离心分离，并干燥后获得掺杂Re的CoP；该步骤中所用微波化学反应有助于让Re元素分布在十二面体状的Co前驱体的外边，氮甲基吡咯烷酮的作用为抑制Re和P反应，确保P可以和Co配位成功，形成CoP。
[0036]S3、将步骤S2制备得到的掺杂Re的CoP置于管式炉中，加热至750℃，加热速率为3℃min
‑1，在流动的氩气中煅烧2h，冷却到室温，即可获得CoP@Re
‑
NC。该步骤主要为去除多于的N元素和P元素，使其变为NH3和PH3流走，获得内部为CoP，外部为Re
‑
Nc结构的高比表面、高稳定性的CoP@Re
‑
NC电极材料。
[0037]S4、将步骤S3制备的CoP@Re
‑
NC电极材料：乙炔黑：聚四氟乙烯按照8：1：1的质量比混合均匀，然后均匀涂覆到铜箔上，将其作为负极片，用钠金属片作为正极片，在真空手套箱中组装成CR2032钠离子电池，并在蓝电工作仪上测试其性能。
[0038]对比例1：除步骤S3中不加入3ml的氮甲基吡咯烷酮溶液(NMP)外，其余各个步骤均与实施例1相同。
[0039]图1是本专利技术实施例1中步骤S1制备的十二面体状的Co前驱体的扫描电子显微镜图。图2是本专利技术实施例1中步骤S2制备的掺杂Re的CoP的扫描电子显微镜图。通过对比发现本专利技术实施例1中掺杂Re并形成CoP后，基本不会改变材料十二面体的形状。图3是本专利技术对比例1中步骤S2制备的掺杂Re的CoP的扫描电子显微镜图片。本专利技术中对比例1在实施例1的基础上除去了氮甲基吡咯烷酮溶液，结果发现十二面体的形貌发生坍塌，轮廓也产生了形变，并且在表面分布小的块状结构，猜测为Re的磷化物或析出的CoP。对比例1中的形貌不利于后续反应，无法获得内部为CoP，外部为Re
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Nc结构的高比表面、高稳定性的CoP@Re
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NC电极材料。侧面证明了步骤S2中氮甲基吡咯烷酮的加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高比表面、高稳定性的CoP@Re
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NC电极材料，其特征在于：具体制备方法如下：S1、将2
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8g的2
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甲基咪唑溶解于15
‑
30mL甲醇中命名为A溶液，然后将0.5
‑
0.8g的Co(NO3)2·
6H2O或乙酰丙酮钴溶解于10
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20mL甲醇中命名为B溶液，在室温下搅拌18
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24h；离心收集所得产物，用甲醇洗涤数次，在真空70℃的烘箱中干燥10h，即可获得十二面体状的Co前驱体；S2、将0.15
‑
0.4g的步骤S1制备的十二面体状的Co前驱体溶解在10
‑
25mL乙醇中超声分散10
‑
25min；然后在上述分散体中加入0.2
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0.8g的NH4ReO4，加入0.1
‑
0.3g的次磷酸钠，超声处理1
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2h，在60
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75℃下搅拌10
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15min，加入适量蒸馏水形成透明溶液；然后，加入3
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5ml的氮甲基吡咯烷酮溶液，搅拌均匀后，转移至封闭的微波化学反应器中，在180
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200℃下反应5
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8min，离心分离，并干燥后获得掺杂Re的CoP；S3、将步骤S2制备得到的掺杂Re的CoP置于管式炉中，加热至750
‑
900℃，加热速率为3℃min
‑1，在流动的氩气中煅烧2
‑
4h，冷却到室温，即可获得CoP@Re
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NC；S4、将步骤S3制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑞红，
申请(专利权)人：杨瑞红，
类型：发明
国别省市：