[发明专利]一种多孔氮化钴及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多孔氮化钴的制备方法，属于电池电极材料技术领域，包括以下步骤：在保护气氛下，将钴源、氮源、表面活性剂、络合剂和耐高温溶剂混合，进行氮化反应，得到多孔氮化钴；所述氮化反应的压强为600～870MPa，温度为380～500℃。本发明在特定的压强和温度下，使氮源分解，产生活性氮原子，一部分活性氮原子将钴原子还原出来，形成活性钴原子，产生的活性钴原子再与其余的活性氮原子结合，生成氮化钴。由于反应生成可溶性无机盐，水洗之后溶解在水中，而氮化钴不溶于水，从而形成多孔氮化钴。本发明得到的氮化钴具有多孔结构和较高的质量比容量，将其作为锂离子电池负极材料避免了在锂离子嵌入和脱出的过程中体积变化，且得到的锂离子电池循环性能好。

技术领域

本发明涉及电池电极材料技术领域，特别涉及一种多孔氮化钴及其制备方法和应用。

背景技术

可充电锂离子电池是一种新型的储能器件，因其重量和体积能量高、功率密度高、循环寿命长、自放电性能低等优点，被认为是最具应用前景的储能系统之一，广泛应用于便携式电子设备和电动汽车等领域。目前商用锂离子电池的实际能量密度(石墨为阳极材料)无法满足大功率不插电电子产品日益增长的需求。为了满足这一要求，对新开发的高容量、高稳定性锂离子电池的关键是对新的电极材料的探索。

作为锂离子电池负极材料，过渡金属氮化物因为具有优越的电化学性能，良好的化学稳定性等特点而引起了大家的广泛关注。过渡元素(IIIB-VIII族)的特定电子构型在于价电子能占领一部分d轨道，当氮化物参与氧化还原反应时，产生的多价态可以有效地存储能量。除此之外，过渡金属氮化物还具有广阔的应用前景，如应用于超级电容器、燃料电池催化剂、半导体、加氢脱硫催化剂和电催化产氢的催化剂等。过渡金属氮化物的研究已成为材料科学领域研究的热点之一。

然而，过渡金属氮化物材料在锂离子嵌入和脱出的过程中体积变化严重，循环性能不够理想，这对于将其应用于锂离子电池是一个巨大的问题。通常的解决方法是与石墨烯复合，然而这种方法不仅会降低材料的比容量，而且石墨烯价格昂贵，并不适用于实际应用。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种多孔氮化钴及其制备方法和应用，本发明提供的多孔氮化钴具有多孔结构和较高的质量比容量，且制备方法简单。其中多孔结构可以解决氮化钴体积膨胀带来的问题，减小锂离子电池材料阻抗以及缩短所需活化时间。将其作为锂离子电池负极材料得到的锂离子电池循环性能好。

本发明提供了一种多孔氮化钴的制备方法，包括以下步骤：

在保护气氛下，将钴源、氮源、表面活性剂、络合剂和耐高温溶剂混合，进行氮化反应，得到多孔氮化钴；所述氮化反应的压强为600～870MPa，温度为380～500℃。

优选地，所述钴源包括乙酸钴、氯化钴或硫酸钴。

优选地，所述氮源包括叠氮化钠。

优选地，所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠或十六烷基三甲基氯化铵。

优选地，所述络合剂包括柠檬酸钠、海藻酸钠或聚乙烯吡咯烷酮。

优选地，所述耐高温溶剂包括苯或甲苯。

优选地，所述钴源、氮源、表面活性剂、络合剂的质量比为16～82：13～71：1～18：1～18。

优选地，所述氮化反应的压强为700～800MPa，温度为420～450℃

本发明还提供了上述方法制备方法制备得到的多孔氮化钴。

本发明还提供了上述制备方法制备得到的多孔氮化钴在锂离子电池负极材料中的应用。