一种碳交联网络磷化物材料的合成方法及其钠电负极应用技术

本发明专利技术公开了一种碳交联网络磷化物材料的合成方法及其钠电负极应用。该材料在钠离子电池的性能测试用作负极材料，获得了较为优秀的储钠性能。本发明专利技术主要通过在液相氛围中通过聚乙烯吡咯烷酮定向束缚金属盐溶液中的铁离子附着于前驱体，在含有磷化氢氛围下的热处理中形成碳交联网络。在初步水热合成氢氧化镍纳米片前驱体后，浸渍均匀混合聚乙烯吡咯烷酮和硝酸铁的水溶液，通过管式炉热处理的方法同时实现磷化处理和碳交联网络的构建。这一碳交联网络在电池的充放电过程中不仅有利于纳米结构的稳定性，同时有利于插层转换。同时有利于插层转换。同时有利于插层转换。

【技术实现步骤摘要】
一种碳交联网络磷化物材料的合成方法及其钠电负极应用


[0001]本专利技术属于清洁可持续新型能源制备应用领域，特别一种碳交联网络磷化物材料，及其合成方法与其钠离子电池负极应用。

技术介绍

[0002]钠离子电池是即将成为新一代便携式电子产品、电动汽车、智能电网的主要电源，并且对于可再生和可持续能源的开发也具有重要意义。为满足这些庞大的需求规模储能应用，尤其需要开发基于先进材料的高能量密度锂离子电池。作为一个重要的作为功能材料家族，过渡金属磷化物 (TMP) 原则上可以根据转化反应机制拥有更高的理论容量。此外，与过渡金属氧化物和硫化物相比，TMP 表现出相对优势潜力Na存储。除此之外，由于 TMP 具有高理论容量和优于氧化物对应物的电子导电性，因此证明 TMP 也是锂离子电池和钾离子电池 (PIB) 新兴负极候选物的成员。 TMP似乎没有得到充分的探索，可能是因为缺乏合适和可行的制备方法，尽管它们具有高理论容量和低氧化还原电压，但在充放电过程中 TMP 的大体积变化导致容量快速衰减；并且，与此同时，它们固有的低电导率无法跟上电化学反应的动力学，导致较差的倍率性能。因此，应该付出一些努力来设计有效的合成途径来设计 TMP 的形态和组成考虑到对电化学性能的显着影响，同时保持结构完整性。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术的不足，提供一种碳交联网络磷化物材料的合成方法及其钠电负极应用。
[0004]一方面，本专利技术提供的一种碳交联网络磷化物材料，包括纳米片阵列和包覆所述纳米片阵列的碳交联网络，且碳交联网络掺杂有铁；所述纳米片为Ni2P纳米片。其中，磷化物纳米片有利于钠的插层转化，纳米片结构具有很大的比表面积，增加大量的活性位点。外层的含铁碳交联网络提供丰富的孔洞，包覆的网络结构对于调节循环过程中的体积变化至关重要，有利于充放电的循环使用。
[0005]本专利技术中，所述Ni2P纳米片垂直构建于泡沫镍基底上，外侧被所述掺杂有铁的碳交联网络包覆。
[0006]另一方面，本专利技术还提供上述碳交联网络磷化物材料的制备方法，所述方法能够制备出高效传荷多级纳米结构，并具备条件温和，实施方便，产率高的特点。
[0007]具体的，所述方法包括如下步骤：（1）将2 cm* 3 cm基底置于含有前驱体溶液的高压釜内衬中，所述前驱体溶液为：浓度为0.02
‑
0.05M的Ni(NO3)2×
6H2O、浓度为0.12
‑
0.25M的NH4F和0.1
‑
0.4M浓度的尿素的混合水溶液；100
‑
130℃范围内水热反应10小时后，用去离子水和乙醇清洗，以去除表面的吸附杂质，在基底上得到Ni(OH)2前体；（2）将上述Ni(OH)2前体置于含有0.5
‑
2.0 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）, 0.5
‑
3.0g Fe(NO3)3·
9H2O的30 ml水溶液中，其中聚乙烯吡咯烷酮的分子量在56000到68000之间。室温
下静置10分钟后取出，用去离子水清洗，得到PVP/Fe@Ni(OH)2中间体。
[0008]（3）将PVP/Fe@Ni(OH)2中间体置于管式炉的下游，上游为0.4 g NaH2PO2×
H2O，载气为氩气， 500 ℃热处理2小时，自然冷却至室温取出，得到碳交联网络钠电负极材料C
Fe
@Ni2P。
[0009]本专利技术的有益效果是：本专利技术在磷化物纳米片阵列外围构建铁掺杂的碳交联网络，不仅有利于纳米结构的稳定性，同时有利于插层转换。在测试条件2 A g
‑1下，在循环了100圈之后，电池仍可以达到317 mAh g
‑1的高性能与稳定性。
[0010]本专利技术还通过在液相氛围中通过聚乙烯吡咯烷酮定向束缚金属盐溶液中的铁离子附着于前驱体，在含有磷化氢氛围下的热处理中形成碳交联网络，具备条件温和，实施方便，产率高的特点。
附图说明
[0011]图1是本专利技术制备的碳交联网络材料C
Fe
@Ni2P（实施例）的扫描电镜图像；图2是对比材料Fe@Ni2P（对比例1）的扫描电镜图像；图3是对比材料C@Ni2P（对比例2）的扫描电镜图像；图4是本专利技术制备的碳交联网络材料C
Fe
@Ni2P（实施例）的能量色散X射线光谱分析；图5是本专利技术制备的碳交联网络材料C
Fe
@Ni2P（实施例）与对比材料Fe@Ni2P（对比例1）的X射线衍射谱；图6是本专利技术制备的碳交联网络材料CFe@Ni2P（实施例）负极电池的恒电流循环比容量曲线。
具体实施方式
[0012]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明本专利技术的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。
实施例1
[0013]（1） 2 cm*3 cm的泡沫镍（简写NF）首先被预处理以去除表面的油和氧化层。依次用4M盐酸、丙酮、乙醇和蒸馏水进行超声清洗，并用Ar气体高速气流进行干燥。
[0014]（2） Ni(OH)2/NF前体的合成：将0.29g Ni(NO3)2.6H2O、0.15g NH4F和0.30g尿素溶于30mL去离子水，剧烈搅拌20min，然后将混合物转移到高压锅中。将尺寸为3厘米
×
3厘米的泡沫镍浸入用于水热合成的高压釜内衬中。高压釜在120℃下处理10小时。冷却到室温后，在泡沫镍的表面出现了明显的浅绿色物质，将其取出，用去离子水和乙醇清洗，以去除表面的吸附杂质。最后，在60℃的真空环境下干燥15小时，在泡沫镍基底表面得到Ni(OH)2纳米片阵列，Ni(OH)2纳米片垂直所述基底。
[0015]（3）将上述Ni(OH)2前体置于含有1.0 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）（分子量为58000）, 1.5g Fe(NO3)3·
9H2O 的30 ml水溶液中。室温下静置10分钟后取出，用去离子水清洗，得到PVP/Fe@Ni(OH)2中间体。
[0016]（4）将PVP/Fe@Ni(OH)2中间体置于管式炉的下游，上游为0.4g NaH2PO2×
H2O，载气
为氮气，500 ℃热处理2小时，自然冷却至室温取出，得到碳交联网络钠电负极材料C
Fe
@Ni2P。
[0017]对比例1：（1）2 cm*3 cm的泡沫镍首先按照上述实施例方法被预处理以去除表面的油和氧化层；（2）按照上述实施例方法在泡沫镍上合成Ni(OH)2前体；（3）将上述Ni(OH)2前体置于1.5g Fe(NO3)3·
9H2O 的30 ml水溶液中，室温下静置10分钟后取出，用去离子水清洗，得到Fe@Ni(OH)2中间体。
[0018]（4）将Fe@Ni(OH)2中间体置于管式炉的下游，上游为0.4g NaH2PO2×
H2O，载气为氮气，500 ℃热处理2小时，自然冷却至室温取出，得到Fe@Ni2P。
[0019本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳交联网络钠电负极材料，其特征在于：包括纳米片阵列和包覆所述纳米片阵列的碳交联网络，且碳交联网络掺杂有铁；所述纳米片为Ni2P纳米片。2.如权利要求1所述碳交联网络钠电负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将基底置于含有前驱体溶液的高压釜内衬中，所述前驱体溶液为：浓度为0.02
‑
0.05M的Ni(NO3)2×
6H2O、浓度为0.12
‑
0.25M的NH4F和0.1
‑
0.4M浓度的尿素的混合水溶液；100
‑
130℃范围内水热反应10小时后，用去离子水和乙醇清洗，以去除表面的吸附杂质，在基底上得到Ni(OH)2前体；（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔小强，许天翊，解明钢，田伏钰，刘恒，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：