本發(fā)明涉及電極材料的制備技術(shù)，具體涉及雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料的制備技術(shù)。

背景技術(shù)：

鋰離子電池?fù)碛泄β拭芏雀摺⒀h(huán)壽命長、安全性能好等優(yōu)點，被廣泛用于移動器件和電動汽車。但由于普通過度金屬氧化物具有導(dǎo)電性能差，導(dǎo)致此類材料的充放電速率較低，同時在充放電過程中產(chǎn)生巨大的體積膨脹，從而限制了其商業(yè)化道路，所以對于一種新型的電極材料的研究顯得更為重要。

碳包覆改性不僅可以提高電極材料的電導(dǎo)率，還可對充放電過程中材料的體積變化起到有效的緩沖作用，對金屬電極材料的改性已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。

中國專利cn103695864a公開了一種碳包覆鈷金屬納米顆粒的制備方法。通過氣態(tài)化合物分解且表面材料的反應(yīng)產(chǎn)物不留存于鍍層中的僅沉淀積碳的化學(xué)鍍覆，是一種通過化學(xué)氣相沉積法在氯化鉀載體上分解乙炔合成碳包覆鈷金屬納米顆粒的方法，首先制備鈷-氯化鉀，然后合成碳包覆鈷金屬納米顆粒，最后進(jìn)行鈍化，得到純度為95-99%的碳包覆鈷金屬納米顆粒，該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中合成的碳包覆鈷金屬納米粒子純度低，雜質(zhì)多且不易去除，碳包覆金屬納米粒子的性能較差和產(chǎn)率低的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述發(fā)明工藝過程復(fù)雜及無法對碳包覆層進(jìn)行雜原子摻雜的不足，提出了一種雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料的制備方法。

本發(fā)明是一種雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料的制備方法，其步驟為：

（1）以離子液體為碳源，將離子液體和鈷鹽按質(zhì)量比10:1-100:1混合置于坩堝內(nèi)；

（2）將坩堝置于管式爐中，惰性氣體保護(hù)下，升溫到100-600℃保溫10-60min；

（3）再繼續(xù)升溫至650-1600℃保溫60-360min，冷卻至室溫，得到雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料。

本發(fā)明的有益之處是：將離子液體與鈷鹽混合，然后在惰性氣氛中煅燒，即獲得雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料。該方法工藝簡單，碳基體中雜原子n、o、p、s、b均來自離子液體本身，通過控制離子液體的類型和加入量可以對碳基體中的雜原子種類和含量以及鈷負(fù)載量進(jìn)行調(diào)控。制備的雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料具有高的儲鋰性能、循環(huán)性能和倍率性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明合成的雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料的xrd圖，圖2為本發(fā)明合成的雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料充電比容量循環(huán)曲線。

具體實施方式

本發(fā)明是一種雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料的制備方法，其步驟為：

（1）以離子液體為碳源，將離子液體和鈷鹽按質(zhì)量比10:1-100:1混合置于坩堝內(nèi)；

（2）將坩堝置于管式爐中，惰性氣體保護(hù)下，升溫到100-600℃保溫10-60min；

（3）再繼續(xù)升溫至650-1600℃保溫60-360min，冷卻至室溫，得到雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料。

以上所述的離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氫鹽，或者1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，或者1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺鹽，或者1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲烷黃酰亞胺鹽，或者1-辛基-3-甲基咪唑磷酸二氫鹽，或者1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，或者1-辛基-3-甲基咪唑二腈胺鹽，或者1-辛基-3-甲基咪唑雙三氟甲烷黃酰亞胺鹽，或者n-乙基吡啶二腈胺鹽，或者1-烯丙基-3-丁基咪唑二腈胺鹽，或者1-腈丙基-3-甲基咪唑磷酸二氫鹽，或者1-腈丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，或者1-腈丙基-3-甲基咪唑雙三氟甲烷黃酰亞胺鹽，或者上述離子液體的組合。

以上所述的鈷源為硝酸鈷，或者乙酸鈷，或者乙酰丙酮鈷，或者草酸鈷，或者硫酸鈷，或者碳酸鈷，或者上述鈷鹽的組合。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明不局限于以下實施例。

實施例1：

將20g1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽和1g乙酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到300℃煅燒保溫30min，繼續(xù)升溫至700℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n、b摻雜碳負(fù)載鈷電極材料。

實施例2：

將20g1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氫鹽和1g乙酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至700℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n、p共摻雜的碳負(fù)載鈷電極材料。

實施例3：

將100g1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲烷黃酰亞胺鹽和1g硝酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至700℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n、s共摻雜的碳負(fù)載鈷電極材料，xrd圖如圖1所示。所得n、s共摻雜的碳負(fù)載鈷電極材料的電化學(xué)性能測試采用cr2025扣式電池，將制備好的活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑pvdf（聚偏二氟乙烯）按8:1:1混合均勻，加入適量nmp（n-甲基吡咯烷酮）在瑪瑙研缽中研磨均勻，形成粘稠的膠狀混合物，然后均勻涂布在0.02mm厚的銅箔上，置于100℃真空干燥10h，沖成直徑9mm的圓片，對電極采用金屬鋰片，電解液采用1mol.l^-lipf6/ec:dmc(1:1)，其中ec為碳酸乙烯酯，dmc為碳酸二甲酯，隔膜采用celgard2400隔膜，在充滿惰性氣氛的手套箱中進(jìn)行組裝。組裝好的電池用藍(lán)電電池測試系統(tǒng)進(jìn)行充放電性能測試，充電比容量循環(huán)曲線如圖2所示。

實施例4：

將10g1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺鹽和1g乙酰丙酮鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至800℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n摻雜的碳負(fù)載鈷電極材料。

實施例5：

將20g1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺鹽和1g硝酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至1000℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n摻雜的碳負(fù)載鈷電極材料。

實施例6：

將10g1-辛基-3-甲基咪唑二腈胺鹽和1g乙酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至1600℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n摻雜的碳負(fù)載鈷電極材料。

實施例7：

將10g1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺鹽、10g1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲烷黃酰亞胺鹽和1g乙酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至1000℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n、s共摻雜的碳負(fù)載鈷電極材料。

實施例8：

將50g1-腈丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽和1g乙酸鈷混合物加入坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在氬氣保護(hù)下，加熱到200℃保溫30min，繼續(xù)升溫至1000℃保溫60min，冷卻至室溫，制得n、b共摻雜的碳負(fù)載鈷電極材料。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料的制備方法，將離子液體和鈷鹽混合后置于坩堝內(nèi)，然后放入管式爐中，在惰性氣體保護(hù)下，升溫到100?600℃保溫10?60min，再繼續(xù)升溫至650?1600℃保溫60?360min，冷卻至室溫，制得雜原子摻雜碳負(fù)載鈷電極材料。本發(fā)明的優(yōu)點：該電極材料采用一步熱解合成法，方法簡單，基體為N、O、P、S、B雜原子摻雜的碳材料，碳基體中鈷顆粒為納米顆粒且分散性高，碳基體中的雜原子含量和鈷負(fù)載量可調(diào)控，鈷納米顆粒均勻分散在碳基體中明顯提高了其儲鋰容量、循環(huán)性能和倍率性能。

技術(shù)研發(fā)人員：蒙延雙;肖明軍;朱福良;王功瑞;段超宇;杜夢奇;王琛;王磊;夏軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘭州理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.13
技術(shù)公布日：2017.09.22