[发明专利]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

说明书

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。

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。