CN109841815B - 一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料及其制备方法 - Google Patents

一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109841815B
CN109841815B CN201910126998.2A CN201910126998A CN109841815B CN 109841815 B CN109841815 B CN 109841815B CN 201910126998 A CN201910126998 A CN 201910126998A CN 109841815 B CN109841815 B CN 109841815B
Authority
CN
China
Prior art keywords
moo
lithium ion
ion battery
cathode material
compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910126998.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109841815A (zh
Inventor
魏明灯
郑成
杨文娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN201910126998.2A priority Critical patent/CN109841815B/zh
Publication of CN109841815A publication Critical patent/CN109841815A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109841815B publication Critical patent/CN109841815B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料，其是将磷钼酸、柠檬酸以及尿素溶于混合溶剂中并搅拌，获得均匀分散的溶液，然后将其干燥并进行煅烧，获得Mo2N/MoO3/C复合物，再与聚偏氟乙烯和乙炔黑混合研磨得到；本发明所制备的Mo2N/MoO3/C复合物作为锂离子电池负极具有较高的可逆容量、良好的循环稳定性和大倍率性能，在电流密度为1 A/g时充放电循环500次后具有698 mAh/g的比容量，在10 A/g的超大电流密度下循环500次，可逆容量高达297 mAh/g。

Description

一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料及其制备方法，属于锂电池复合材料领域。
背景技术
锂离子电池负极材料是锂离子电池的重要组成部分，负极材料的组成和结构对锂离子电池的电化学性能具有决定性的影响。最初的锂电池采用的是金属锂为负极材料，但金属锂在充放电时容易产生锂枝晶而导致起火或爆炸等安全性问题。接着开发了锂合金材料解决了上述的安全性问题，但合金材料在嵌锂和脱锂时容易发生体积膨胀，导致循环性能下降。后来经过进一步的研究和比较，选择了石墨化的碳作为锂离子电池的商业化负极材料。但是石墨碳存在比容量低和倍率性能差等特点，因而锂离子电池的负极材料开发仍然是目前的科研热点。
MoO3作为锂离子电池的负极材料，具有1117 mAh/g的理论容量，被视为一种极具前景的储锂材料。但是，MoO3导电性较差，加之在嵌/脱锂过程中发生的是转化机理，会发生接近100%的体积变化，导致活性物质从集流体上脱落，其循环性能较差。因此，克服MoO3的上述缺陷，对制备高容量、高导电性和高循环性能的锂离子电池负极材料具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对上述研究领域的不足，提供一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料，该材料合成方法简单，重复性好，成本低廉，储锂性能优异。
为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将25-300mg磷钼酸、10-500mg柠檬酸以及1-5g尿素溶解于水和乙醇按体积比1:3的混合溶剂中，然后在50-80℃条件下搅拌3h，得到均匀分散的溶液；在50-80℃条件下搅拌3h是为了让柠檬酸和尿素聚合，形成钼源高度分散的溶胶；
（2）将上述溶液在100℃下烘干12h，除去多余的溶剂，然后在氮气气氛中分别于350℃和650℃下阶段性煅烧4小时和10小时，再置于大气中24h以上得到Mo2N/MoO3/C复合物；其中350℃煅烧4h达到的效果：1）可以将多余的尿素分解产生氨气；2）对柠檬酸和尿素的聚合物初步碳化，同时氨气对生成的碳进行掺杂；3）钼源开始分解；而650℃煅烧10h达到的效果：1）初步碳化产生的碳进一步碳化提升其碳化程度，同时氨气对碳进一步掺杂，形成最终的氮掺杂碳；2）钼源完全分解并与氨气反应生成Mo2N。
（3）按质量比为70:20:10将Mo2N/MoO3/C复合物、聚偏氟乙烯和乙炔黑混合研磨得到Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料。
Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料的应用：电池组装：按质量比Mo2N/MoO3/C复合物：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后均匀地涂在铜箔上做工作电极，参比电极和对电极均为金属锂，电解质由1M LiPF6的EC+DMC+EMC (体积比：EC/DMC/EMC=1/1/1)溶液，以CR2025型扣式电池作为测试载体；且所有组装均在具有高纯氩气气氛保护的手套箱中进行。
本发明充分利用了组成成分各自的特点，得到了均匀分散的、具有优异储锂性能的Mo2N/MoO3/C复合物：第一， 尿素和柠檬酸形成的溶胶凝胶可以高度分散Mo源，有利于形超小的纳米粒子；第二，在煅烧过程中尿素分解产生氨气，从而使Mo源氮化，形成Mo2N纳米粒子；第三，在煅烧过程中柠檬酸发生碳化，并与尿素分解产生的氨气作用，形成一个可供Mo2N纳米粒子负载的氮掺杂碳基底；第四，利用Mo2N纳米粒子极易被氧化的特点，暴露在空气中会在Mo2N核表面生成一层MoO3壳，从而形成了Mo2N/MoO3/C的复合结构；第五，Mo2N和氮掺杂碳具有良好的导电性，加上氮掺杂碳本身对纳米粒子具有分散作用，两者的存在不仅可以提高材料整体的导电性，同时也能缓冲MoO3在充放电循环过程中产生的体积变化，最终展现出优异的储锂性能。
有益效果：本发明所制备的Mo2N/MoO3/C复合物作为锂离子电池负极具有较高的可逆容量、良好的循环稳定性和大倍率性能，在电流密度为1 A/g时充放电循环500次后具有698 mAh/g的比容量，在10 A/g 的超大电流密度下循环500次，可逆容量高达297 mAh/g。
附图说明
图1为实施例1制得的Mo2N/MoO3/C复合物X射线粉末衍射图（a）和Mo 3dX射线光电子能谱图（b）；
图2为实施例1制得的Mo2N/MoO3/C复合物的透射电镜图；
图3为实施例1制得的 Mo2N/MoO3/C复合物的电化学性能图；
图4为对比例的纯MoO3的电化学性能图；
图5 为实施例1制得的Mo2N/MoO3/C复合物和对比例纯MoO3循在0.1 A/g下环35次后的交流阻抗对比图。
具体实施方式
实施例1
（1）将50mg磷钼酸、200mg柠檬酸以及2g尿素溶解于10mL水和30mL乙醇、的混合溶剂中，然后在75℃条件下搅拌3h，得到均匀分散的溶液；
（2）将上述溶液在100℃下烘干12h，然后在氮气气氛中分别于350℃和650℃下阶段性煅烧4小时和10小时，再置于大气中72h得到Mo2N/MoO3/C复合物。
实施例2
（1）将25mg磷钼酸、10mg柠檬酸以及1g尿素溶解于10mL水和30mL乙醇、的混合溶剂中，然后在80℃条件下搅拌3h，得到均匀分散的溶液；
（2）将上述溶液在100℃下烘干12h，然后在氮气气氛中分别于350℃和650℃下阶段性煅烧4小时和10小时，再置于大气中72h得到Mo2N/MoO3/C复合物。
实施例3
（1）将300mg磷钼酸、500mg柠檬酸以及5g尿素溶解于10mL水和30mL乙醇、的混合溶剂中，然后在50℃条件下搅拌3h，得到均匀分散的溶液；
（2）将上述溶液在100℃下烘干12h，然后在氮气气氛中分别于350℃和650℃下阶段性煅烧4小时和10小时，再置于大气中72h得到Mo2N/MoO3/C复合物。
对比例
纯MoO3：购买于Adamas-beta试剂公司，纯度为分析纯。
图1（a）为实施例1制得的Mo2N/MoO3/C复合物X射线粉末衍射图，其35°以上的衍射图样与Mo2N标准卡（01-075-1150）相吻合，表明复合物中存在Mo2N；25°左右出现的峰对应半石墨化的碳，表明复合物中存在C；没有检测到MoO3的信号是由于生成的MoO3结晶度较低，无法通过X射线粉末衍射检测出来，因此需要X射线光电子能谱图进行补充。图1（b）为Mo2N/MoO3/C复合物的Mo 3d X射线光电子能谱图，对应MoO3的信号，证明了MoO3的存在；另外，X射线光电子能谱图仅检测到MoO3的信号，而未能检测到Mo2N的信号，这是由于X射线光电子能谱检测深度有限，从而证明了MoO3是包覆于Mo2N核表面的。
图2为实施例1制得的Mo2N/MoO3/C复合物的透射电镜图，表明所形成的Mo2N核为超小的纳米粒子，并且高度地分散于碳基底中，没有观测到MoO3的晶格条纹信号是由于生成的MoO3结晶度较低，但根据合成原理和图1可以断定MoO3是环绕在Mo2N核周围的。
图3为实施例1制得的 Mo2N/MoO3/C复合物的电化学性能图，表明该复合物在电流密度为1 A/g时充放电循环500次后具有698 mAh/g的比容量，在10 A/g 的超大电流密度下循环500次，可逆容量高达297 mAh/g。
图4为对比例的纯MoO3的电化学性能图，可见纯MoO3循环稳定性较差，在1 A/g的电流密度下循环25次后，容量便衰减至300 mAh/g以下；循环500次以后，容量为269 mAh/g。
图5 为实施例1制得的Mo2N/MoO3/C复合物和对比例纯MoO3循在0.1 A/g下环35次后的交流阻抗对比图，可以看出Mo2N/MoO3/C复合物在高频区的半圆远小于纯MoO3在高频区的半圆，说明Mo2N/MoO3/C复合物具有更小的电子传输阻抗；另一方面Mo2N/MoO3/C复合物在低频区的直线斜率远大于纯MoO3在在低频区的直线斜率，说明Mo2N/MoO3/C复合物具有更快的Li+扩散速率。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
（1）将磷钼酸、柠檬酸以及尿素溶于混合溶剂中，然后在50-80℃条件下搅拌3h，得到均匀分散的溶液；
（2）将上述溶液进行烘干处理，然后进行煅烧，再置于大气中24h以上得到Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料；
步骤（2）所述的煅烧是在氮气气氛中分别于350℃和650℃下阶段性煅烧4h和10h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的磷钼酸质量为25-300mg，柠檬酸质量为10-500mg，尿素质量为1-5g。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的混合溶剂是水和乙醇按体积比为1:3的混合液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的烘干温度为100℃，烘干时间为12h。
5.一种如权利要求1所述的制备方法制得的Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料。
CN201910126998.2A 2019-02-20 2019-02-20 一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料及其制备方法 Active CN109841815B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910126998.2A CN109841815B (zh) 2019-02-20 2019-02-20 一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910126998.2A CN109841815B (zh) 2019-02-20 2019-02-20 一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109841815A CN109841815A (zh) 2019-06-04
CN109841815B true CN109841815B (zh) 2021-06-22

Family

ID=66884793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910126998.2A Active CN109841815B (zh) 2019-02-20 2019-02-20 一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109841815B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115000425B (zh) * 2022-06-20 2024-05-14 巢湖学院 一种氮化钼量子点\氮掺杂碳复合材料及制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102683726A (zh) * 2012-04-28 2012-09-19 中南大学 一种锂空气电池用核壳结构电催化剂材料及其制备方法
CN104091935A (zh) * 2014-07-28 2014-10-08 中南大学 一种氮化物包覆复合材料的制备方法、复合材料及锂离子电池
CN104241624A (zh) * 2014-09-24 2014-12-24 南京大学 一种控制氧化制备氧化钼锂离子电池负极材料的方法
KR20150019281A (ko) * 2013-08-13 2015-02-25 숭실대학교산학협력단 산소환원전극용 촉매지지체
CN104577072A (zh) * 2015-01-29 2015-04-29 陕西科技大学 一种氧化石墨烯基MoO2高性能锂/钠离子电池电极材料的制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102694185B (zh) * 2012-04-28 2014-12-31 中南大学 一种锂空气电池用复合电催化剂材料及其制备方法
CN106159281B (zh) * 2016-09-18 2020-01-10 东莞理工学院城市学院 一种基于氮化钼阴极的高性能微生物燃料电池
CN108777294B (zh) * 2018-05-28 2020-12-25 福州大学 一种由纳米片组成的碳支持的多孔球形MoN及其作为负极材料在锂电池中的应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102683726A (zh) * 2012-04-28 2012-09-19 中南大学 一种锂空气电池用核壳结构电催化剂材料及其制备方法
KR20150019281A (ko) * 2013-08-13 2015-02-25 숭실대학교산학협력단 산소환원전극용 촉매지지체
CN104091935A (zh) * 2014-07-28 2014-10-08 中南大学 一种氮化物包覆复合材料的制备方法、复合材料及锂离子电池
CN104241624A (zh) * 2014-09-24 2014-12-24 南京大学 一种控制氧化制备氧化钼锂离子电池负极材料的方法
CN104577072A (zh) * 2015-01-29 2015-04-29 陕西科技大学 一种氧化石墨烯基MoO2高性能锂/钠离子电池电极材料的制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MoO2/Mo2N hybrid nanobelts doped with gold nanoparticles and their enhanced supercapacitive behavior;Tian yongtao 等;《NEW JOURNAL OF CHEMISTRY 》;20181121;第42卷(第22期);第17895-17901页 *
Sonochemical synthesis of molybdenum oxide (MoO3) microspheres anchored graphitic carbon nitride(g-C3N4) ultrathin sheets for enhanced electrochemical sensing of Furazolidone;Balasubramanian 等;《 ULTRASONICS SONOCHEMISTRY》;20180903;第50卷;第96-104页 *
Synthesis of Mo2N nanolayer coated MoO2 hollow nanostructures as high-performance anode materials for lithium-ion batteries;Liu Jun 等;《ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE 》;20130930;第6卷(第9期);第2691-2697页 *
电极活性材料氮化钼的制备与表征;李学良 等;《合肥工业大学学报（自然科学版）》;20001031;第642-645页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109841815A (zh) 2019-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Facile synthesis of Li 4 Ti 5 O 12/C composite with super rate performance
Wang et al. All-manganese-based Li-ion batteries with high rate capability and ultralong cycle life
CN108598390B (zh) 一种锂硫电池用正极材料的制备方法及锂硫电池
CN106953076B (zh) 一种钠离子电池碳/碳复合材料及其制备方法
CN102496714A (zh) 一种正极活性物质及其生产方法和所应用的锂离子电池
CN107275603A (zh) MoSe2‑OMC复合物的制备及其在锂离子电池中的应用
CN107482182A (zh) 碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料及其制备方法
CN111129475A (zh) 一种二氧化钼/碳/二氧化硅纳米球的制备方法及其锂离子电池的负极材料
CN108899499B (zh) 基于Sb/Sn磷酸盐的负极材料及其制备方法与在钠离子电池中的应用
Zhou et al. The enhanced cycling stability and rate capability of sodium-modified Li3VO4 anode material for lithium-ion batteries
Zhang et al. Synergistic effect of sulfolane and lithium difluoro (oxalate) borate on improvement of compatibility for LiNi0. 8Co0. 15Al0. 05O2 electrode
CN110776014A (zh) 钠离子电池负极复合材料及其制备方法
CN111129449A (zh) 一种石墨烯/碳/四氧化三铁纳米复合材料及其制备方法和应用
CN109817962A (zh) 一种酚醛树脂修饰的锂离子电池硅基负极材料及制备方法
CN114497549B (zh) 电化学制备正极补锂材料的方法和补锂材料及补锂浆料
CN106025182A (zh) 一种钛铬掺杂氟化铁-碳纳米复合正极材料及其制备方法和应用
Liu et al. Flower-like MoSe2@ N-doped carbon sub-nanoclusters regulated by MoO3 hexagonal prism as advanced anode for lithium-ion battery
CN116741975B (zh) 一种双碳层非均相复合正极材料及其制备和钠离子电池
Priyadarshini et al. Investigation of various cobalt concentrations on LiV2O5 as cathode materials with tunable high rate capability and operating voltage in Li-ion batteries
CN109841815B (zh) 一种Mo2N/MoO3/C复合物锂离子电池负极材料及其制备方法
CN106784750A (zh) 一种TiO/C负极材料及其制备方法和应用
Qiu et al. Artificial cathode-electrolyte interphases on Ni-rich LiNi0. 8Co0. 1Mn0. 1O2 by carbon nanotubes modified lif for enhanced cycleability
Ou et al. Hydrothermal preparation of homogeneous cobalt oxide nanomaterials as stable anodes for superior lithium ion batteries
CN109244394A (zh) 锂硫电池正极材料空心二氧化钒/硫复合物及其制备方法
Zhu et al. Homogeneous precipitation synthesis and electrochemical performance of LiFePO 4/CNTs/C composites as advanced cathode materials for lithium ion batteries

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant