[发明专利]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

说明书

本发明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NiCo₂N材料的制备及其在锂离子电池中的应用，主要制备方法是通过一步溶剂热法加氨气后退火工艺制得空心纳米花结构的NiCo₂N。NiCo₂N材料用作锂离子电池负极材料时，表现出了优异的电化学性能，在锂离子电池负极材料领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明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。

背景技术

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“Wang P,Zhao B,et al.Rationally designed three-dimensional porous NiCo₂N@C reticular structure for high-performance Li-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“Zou R,Xu M,et al.Cobalt nickel nitride coated by a thin carbon layer anchoring onnitrogen-doped carbon nanotube anodes for high-performance lithium-ionbatteries.”)，均不适宜工业上大规模生产。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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。