[发明专利]一种磷掺杂的二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磷掺杂的二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物复合电极材料及其制备方法。该复合材料由磷原子、二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物组成，该复合材料的具体制备步骤为：将六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和尿素分散于乙二醇和去离子水的混合溶液中，再加入碳化钒，搅拌；将上述均匀混合溶液转移到圆底烧瓶中回流，将沉淀离心洗涤，真空干燥得到前驱体；前驱体放置在管式炉石英管的出风口，适量次磷酸钠置于进风口，在惰性气体条件下进行煅烧即可得到磷掺杂的二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物复合材料。本发明制备方法简单、易于操作、重复性好，该方法制备得到的磷掺杂的二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物材料具有纯度高，操作简单、制备成本低等优点。

技术领域

本发明涉及无机材料技术领域，具体涉及一种磷掺杂的二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物复合电极材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，锂离子电池得到广泛应用使得开发具有良好循环稳定性和高可逆容量的先进负极材料，以满足先进储能设备的迫切需求是非常重要的。二维过渡金属碳化物，由于其优良的可逆性、高的金属电导率，在锂电池领域正受到越来越多的关注。其中，碳化钒(V₂C)在过渡金属碳化物中的表现尤为突出，成为目前科研工作者的研究热点。但是，V₂C的比容量相对于大部分过渡金属氧化物来说相对较低。层状双金属氢氧化物(LDH)作为一种二维材料，具有较高的锂存储容量、独特的二维结构、比表面积大等诸多优点，并且，二维纳米结构能够为电化学反应提供更多的活性位点。但也存在导电性不好和结构稳定性差等缺点。另外，杂原子掺杂能够增强材料的本征电导率、提供额外的活性位点。

本发明通过回流和磷化的方法制备出磷掺杂的二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物复合电极材料。在磷掺杂的二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物复合材料中，镍钴层状双金属氢氧化物纳米片均匀的生长在碳化钒的层间和表面，能够为复合材料提供丰富的反应活性位点，同时还能防止碳化钒片层的重新堆叠，磷原子掺杂能够提高复合材料的电导率并提供额外的活性位点。得益于这种结构，磷掺杂的二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物电极材料具有高充放电比容量，优异的循环性能和高倍率性能。

发明内容

为了提高碳化钒电极材料的电化学性能，实现更高的比容量、良好的倍率性能和循环稳定性，本发明提供了一种磷掺杂的二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物复合电极材料及其制备方法。本发明制备方法简单、易于操作、重复性好。所述的复合电极材料由磷原子、二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物组成，其中所述镍钴层状双金属氢氧化物通过静电吸附作用分布在碳化钒表面和层间，磷原子进行掺杂，展现出良好的电化学性能。

为了实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

首先，本发明提供一种磷掺杂的二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物复合电极材料，所述的复合电极材料由磷原子、二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物组成，其中所述磷原子和镍钴层状双金属氢氧化物分布在碳化钒表面和层间。

其次，本发明提供一种磷掺杂的二维层状碳化钒和镍钴层状双金属氢氧化物电极材料的制备方法，具体包含以下步骤：

（1）将乙二醇和去离子水溶液混合，搅拌，得到均匀混合溶液；

（2）将六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和尿素加入到步骤（1）得到的均匀混合溶液中，搅拌混合，再将碳化钒加入到混合溶液中，在室温下搅拌，得到均匀混合溶液；

（3）将步骤（2）得到的均匀混合溶液置于圆底烧瓶中，在油浴锅中进行回流，将沉淀离心，洗涤，真空干燥得到前驱体；

（4）将步骤（3）得到的前驱体置于瓷舟中放置在管式炉的出风口，另一个瓷舟放入适量次磷酸钠置于进风口，进行煅烧。

进一步地，步骤（1）中所述的混合溶液中乙二醇在溶液中的体积占比为0~75 %，去离子水在溶液中的体积占比为25~100 %。

进一步地，步骤（1）中所述的乙二醇在溶液中的体积占比为75 %。