CN114214634A - 石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌的制备及产品和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴‑氧化锌材料的制备方法及产品和应用。包括下述制备步骤：将石墨板、铂板和饱和甘汞电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，电沉积在电解池中进行，电解液是钴盐、锌盐的水溶液，其中，钴盐和锌盐摩尔量比为8~9.5:1；先通过20~30 mA/cm2的电流密度对石墨板进行阳极处理400~600 s；然后，在‑20~‑30 mA/cm2电流密度条件下进行阴极沉积200~300 s，得到Co(OH)2·ZnO；在400~450℃石英管中通入纯度高的氨气，反应2~3 h，得Co4N‑ZnO/石墨板。该结构材料具有较大的比表面积和较好的导电性，且制备工艺简单、易操作。
Description
技术领域
本发明涉及电池材料领域，具体地说，涉及一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法及产品和应用。
背景技术
随着社会的发展，锂离子电池备受关注。锂离子电池是目前世界上最为理想的可充电电池，它不仅具有能量密度大、循环寿命长、无记忆效应及污染小等优点。随着技术的进步，锂离子电池将广泛应用于电动汽车、航空航天及生物医药等领域，因此，研究与开发动力用锂离子电池及相关材料具有重大的意义。对于动力用锂离子电池而言，其关键是提高功率密度和能量密度，而功率密度和能量密度提高的根本是电极材料，特别是负极材料的改善。
自上世纪90年代初，日本的科技工作者开发出了层状结构的碳材料，碳材料是最早为人们所研究并应用于锂离子电池商品化的材料，至今仍是大家关注和研究的重点之一，但是碳负极材料存在一些缺陷：电池化成时，与电解液反应形成SEI膜，导致电解液的消耗和较低的首次库伦效率；电池过充时，可能会在碳电极表面析出金属锂，形成锂枝晶造成短路，导致温度升高，电池爆炸；另外，锂离子在碳材料中的扩散系数较小，导致电池不能实现大电流充放电，从而限制了锂离子电池的应用范围。
石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料作为锂离子电池负极材料，通过石墨板上负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌，具有较高的Li+储存容量。该材料被认为是一种具有前途的锂离子电池负极材料。本发明提供一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法，石墨板能够提高材料的导电性以及多孔纳米片结构的氮化钴-氧化锌材料具有较大的比表面积和电导率，进一步有利于提高材料的电化学性能。该制备工艺相对简单，易操作。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供上述方法制备的石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料产品。
本发明的又一目的在于：提供上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现，一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法，包括下述步骤：
1）将石墨板、铂板和饱和甘汞电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，其中电沉积在一个50 mL电解池中进行，其中电解液是钴盐、锌盐的水溶液，其中钴盐和锌盐的摩尔量比为8~9.5:1；
2）在电沉积过程中，通过20~30 mA/cm2的电流密度对石墨板进行阳极处理400~600 s；然后，
3）在-20~-30 mA/cm2电流密度条件下进行阴极沉积200~300 s，得Co(OH)2·ZnO；
4）Co(OH)2·ZnO在石英管中400~450℃通入纯度高的氨气气氛中，反应2~3 h，得石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料Co4N- ZnO/石墨板。
本发明提供一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法，制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。
优选的，所述步骤1）中，钴盐是硝酸钴、硫酸钴或氯化钴中的一种或其组合；锌盐是硝酸锌、硫酸锌或氯化锌中的一种或其组合。
本发明还提供了一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法，根据上述任一所述方法制备得到。
所得材料结构具有较大的比表面积和较好的导电性，能够阻止电解液对材料的腐蚀发生副反应，进而可以提高材料的电化学性能。解决了在锂离子电池循环过程中比容量衰减相对较快，电化学性能相对较差的问题。
本发明也提供了一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料在锂电负极中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法。该结构具有较大的比表面积和较好的导电性，能够阻止电解液对材料的腐蚀发生副反应，进而可以提高材料的电化学性能。解决了在锂离子电池循环过程中比容量衰减相对较快电化学性能相对较差的问题。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。
附图说明
图1为实施例1 Co4N- ZnO/石墨板的循环寿命图；
图2为实施例2 Co4N- ZnO/石墨板的放电曲线图；
图3为实施例3 Co4N- ZnO/石墨板的放电曲线图。
具体实施方式
本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。
实施例1
一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-二氧化锌材料，按如下步骤制备：
1）将石墨板、铂板和饱和甘汞电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，电沉积在一个50 mL电解池中进行，其中，电解液是钴盐硝酸钴、锌盐硝酸锌的水溶液，所述的钴盐和锌盐的摩尔量比为8:1；
2）在电沉积过程中，通过20mA/cm2的电流密度对石墨板进行阳极处理600 s；然后，
3）在-20mA/cm2电流密度条件下进行阴极沉积300 s，得Co(OH)2·ZnO；
4）所得的Co(OH)2·ZnO在石英管中，400℃通入纯度高的氨气气氛中，反应3 h，得石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料Co4N- ZnO/石墨板。
图1是Co4N- ZnO/石墨板的循环寿命图，首次放电比容量为1360 mAh/g，经过50次循环后，放电比容量为330 mAh/g。
实施例2
一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-二氧化锌材料，与实施例1步骤近似，按如下步骤制备，
1）将石墨板、铂板和饱和甘汞电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，电沉积在一个50 mL电解池中进行，其中，电解液是钴盐硫酸钴、锌盐硫酸锌的水溶液，所述的钴盐和锌盐的摩尔量比为9:1；
2）在电沉积过程中，通过30 mA/cm2的电流密度对石墨板进行阳极处理时间400s；然后，
3）在-30 mA/cm2电流密度条件下进行阴极沉积200 s，得Co(OH)2·ZnO；
4）所得的Co(OH)2·ZnO在石英管中450℃通入纯度高的氨气气氛中，反应2h，得石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料Co4N- ZnO/石墨板。
图2是Co4N- ZnO/石墨板的放电曲线图。首次放电比容量是1600 mAh/g，第2次放电比容量是796 mAh/g，经过50次循环放电比容量是402 mAh/g。
实施例3
一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-二氧化锌材料，与实施例1步骤近似，按如下步骤制备，
1）将石墨板、铂板和饱和甘汞电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，电沉积在一个50 mL电解池中进行，其中，电解液是钴盐氯化钴、锌盐氯化锌的水溶液，所述的钴盐和锌盐的摩尔量比为9:1；
2）在电沉积过程中，通过30 mA/cm2的电流密度对石墨板进行阳极处理400 s；然后，
3）在-30 mA/cm2电流密度条件下进行阴极沉积200 s，得Co(OH)2·ZnO；
4）所得的Co(OH)2·ZnO在石英管中450℃通入纯度高的氨气气氛中，反应2 h，得石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料Co4N- ZnO/石墨板。
图3是Co4N- ZnO/石墨板的放电曲线图。首次放电比容量是1390 mAh/g，第2次放电比容量是735 mAh/g，经过50次循环放电比容量是306 mAh/g。
Claims (7)
1.一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
1）将石墨板、铂板和饱和甘汞电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，电沉积在一个50 mL电解池中进行，其中，电解液是钴盐、锌盐的水溶液，所述的钴盐和锌盐的摩尔量比为8~9.5:1；
2）在电沉积过程中，通过20~30 mA/cm2的电流密度对石墨板进行阳极处理400~600 s；然后，
3）在-20~-30 mA/cm2电流密度条件下进行阴极沉积200~300 s，得Co(OH)2·ZnO；
4）所得的Co(OH)2·ZnO在石英管中400~450℃通入纯度高的氨气气氛中，反应2~3 h，得石墨板负载多孔纳米片氮化钴-二氧化锌材料Co4N- ZnO/石墨板。
2.根据权利要求1所述的石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法，其特征在于，步骤1）所述钴盐是硝酸钴、硫酸钴或氯化钴中的一种或其组合；锌盐是硝酸锌、硫酸锌或氯化锌中的一种或其组合。
3.根据权利要求1或2所述的石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：
1）将石墨板、铂板和饱和甘汞电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，电沉积在一个50 mL电解池中进行，其中，电解液是钴盐硝酸钴、锌盐硝酸锌的水溶液，所述的钴盐和锌盐的摩尔量比为8:1；
2）在电沉积过程中，通过20mA/cm2的电流密度对石墨板进行阳极处理600 s；然后，
3）在-20mA/cm2电流密度条件下进行阴极沉积300 s，得Co(OH)2·ZnO；
4）所得的Co(OH)2·ZnO在石英管中，400℃通入纯度高的氨气气氛中，反应3 h，得石墨板负载多孔纳米片氮化钴-二氧化锌材料Co4N- ZnO/石墨板。
4.根据权利要求1或2所述的石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：
1）将石墨板、铂板和饱和甘汞电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，电沉积在一个50 mL电解池中进行，其中，电解液是钴盐硫酸钴、锌盐硫酸锌的水溶液，所述的钴盐和锌盐的摩尔量比为9:1；
2）在电沉积过程中，通过30 mA/cm2的电流密度对石墨板进行阳极处理时间400 s；然后，
3）在-30 mA/cm2电流密度条件下进行阴极沉积200 s，得Co(OH)2·ZnO；
4）所得的Co(OH)2·ZnO在石英管中450℃通入纯度高的氨气气氛中，反应2h，得石墨板负载多孔纳米片氮化钴-二氧化锌材料Co4N- ZnO/石墨板。
5.根据权利要求1或2所述的石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：
1）将石墨板、铂板和饱和甘汞电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，电沉积在一个50 mL电解池中进行，其中，电解液是钴盐氯化钴、锌盐氯化锌的水溶液，所述的钴盐和锌盐的摩尔量比为9:1；
2）在电沉积过程中，通过30 mA/cm2的电流密度对石墨板进行阳极处理400 s；然后，
3）在-30 mA/cm2电流密度条件下进行阴极沉积200 s，得Co(OH)2·ZnO；
4）所得的Co(OH)2·ZnO在石英管中450℃通入纯度高的氨气气氛中，反应2 h，得石墨板负载多孔纳米片氮化钴-二氧化锌材料Co4N- ZnO/石墨板。
6.一种石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料,其特征在于根据权利要求1至5任一项所述方法制备得到。
7.一种根据权利要求6所述石墨板负载多孔纳米片氮化钴-氧化锌材料在锂电负极材料中的应用。
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