CN107623114A - 一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法 - Google Patents

一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107623114A
CN107623114A CN201710840974.4A CN201710840974A CN107623114A CN 107623114 A CN107623114 A CN 107623114A CN 201710840974 A CN201710840974 A CN 201710840974A CN 107623114 A CN107623114 A CN 107623114A
Authority
CN
China
Prior art keywords
negative material
transition metal
metal carbide
preparation
negative
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.)
Pending
Application number
CN201710840974.4A
Other languages
English (en)
Inventor
朱才镇
赵昱
辛海林
杨波
海洋
邱昭政
李鹏翀
徐坚
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.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen 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 Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN201710840974.4A priority Critical patent/CN107623114A/zh
Publication of CN107623114A publication Critical patent/CN107623114A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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)

Abstract

本发明公开一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法。包括：将氧化石墨烯分散于去离子水中，并搅拌，形成均匀的氧化石墨烯分散液；取钼酸盐与葡萄糖加入氧化石墨烯分散液中并搅拌，加入酸，继续搅拌，接着放入反应釜内，在140~200℃下反应2~4h，得到石墨烯水凝胶；反应结束后，降至室温，倒入去离子水中置换溶剂，每隔2~4小时换水一次，置换1~3天，然后在‑60~‑40℃下干燥46~50h，得到石墨烯气凝胶；最后在氢气与氮气的氛围下退火至700~900℃，得到Mo2C/C的负极材料。与纯石墨或纯Mo2C作为负极材料相比，本发明Mo2C/C作为锂离子电池的负极材料，能够显著提高锂离子电池的电化学性能。

Description

一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电极材料领域，尤其涉及一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池被索尼公司在1990年提出后，就引起人们的关注。锂离子电池具有许多优异的特点，如高的能量密度、长的循环寿命、好的循环稳定性、环境友好型等特点，在能源驱动方面颇受到人们的喜爱。
大部分商业使用石墨作为负极材料，其能量密度较低，很难达到高能量能源材料应用的需求。
过渡金属碳化物作为能源材料，具有良好的催化性能。对许多反应如烷烃异构化、不饱和烃加氢、加氢脱硫和加氢脱氮等具有贵金属催化剂类似的催化性能，且具有价格低，优良的抗硫中毒性能等特性，除作为能源材料，还可望成为一种新型加氢催化剂。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法，旨在解决现有负极材料能量密度较低，很难达到高能量能源材料应用的需求的问题。
本发明的技术方案如下：
一种基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其中，包括：
步骤A、将氧化石墨烯分散于去离子水中，并搅拌，形成均匀的氧化石墨烯分散液；
步骤B、取钼酸盐与葡萄糖加入氧化石墨烯分散液中并搅拌，随后加入酸，继续搅拌，接着放入反应釜内，在140~200℃下反应2~4h，得到石墨烯水凝胶；
步骤C、反应结束后，降至室温，倒入去离子水中置换溶剂，每隔2~4小时换水一次，置换1~3天，然后在-60~-40℃下干燥46~50h，得到石墨烯气凝胶；
步骤D、将石墨烯气凝胶在氢气与氮气的氛围下退火至700~900℃，得到Mo2C/C的负极材料。
所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其中，所述步骤B中，所述钼酸盐为钼酸钠、钼酸钾、钼酸钙等含有钼酸根的金属盐或过度金属酸根的金属盐如锰、钒、铬等中的一种。
所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其中，所述步骤B中，所述酸为盐酸、硝酸或其他具有强氧化性酸中的一种。
所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其中，所述步骤B中，在180℃下反应3h。
所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其中，所述步骤C中，每隔3小时换水一次，置换2天。
所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其中，所述步骤C中，在-50℃下干燥48h。
所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其中，所述步骤D中，所述氢气与氮气的体积比为5:95。
所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其中，所述步骤D中，以2℃/min的升温速度退火至700~900℃。
所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其中，所述步骤D中，退火至800℃。
一种基于过渡金属碳化物的负极材料，其中，所述负极材料为Mo2C/C的负极材料，所述Mo2C/C的负极材料采用如上任一项所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法制备而成。
有益效果：本发明通过在石墨烯气凝胶材料中引入Mo2C，从而提高纯石墨或纯Mo2C为电极的锂离子电池的电化学性能。
附图说明
图1为本发明的一种基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法较佳实施例的流程图。
图2a为本发明实施例1制备的Mo2C/C的扫描电镜图。
图2b为本发明实施例1制备的Mo2C/C的另一扫描电镜图。
图2c为本发明实施例1制备的Mo2C/C的透射电镜图。
图2d为本发明实施例1制备的Mo2C/C的另一透射电镜图。
图3为本发明实施例1制备的Mo2C/C的循环伏安图。
图4为本发明实施例1制备的Mo2C/C的交流阻抗谱图。
具体实施方式
本发明提供一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明的一种基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括：
步骤S100、将氧化石墨烯分散于去离子水中，并搅拌，形成均匀的氧化石墨烯分散液。
步骤S200、取钼酸盐与葡萄糖加入氧化石墨烯分散液中并搅拌，随后加入酸，继续搅拌，接着放入反应釜内，在140~200℃下反应2~4h，得到石墨烯水凝胶。
所述步骤S200具体为，取钼酸盐与葡萄糖加入氧化石墨烯分散液中，并搅拌8~12min（如10min），随后加入酸，继续搅拌8~12min（如10min），接着放入高压反应釜内，在电热鼓风干燥箱中在140~200℃下反应2~4h，优选的在180℃下反应3h，得到石墨烯水凝胶。
优选地，所述钼酸盐可以为但不限于钼酸钠、钼酸钾、钼酸钙等含有钼酸根的金属盐或过度金属酸根的金属盐如锰、钒、铬等中的一种。更优选地，所述钼酸盐为钼酸钠。
优选地，所述酸可以为但不限于盐酸、硝酸等或其他具有强氧化性酸中的一种。更优选地，所述酸为盐酸。
步骤S300、反应结束后，降至室温，倒入去离子水中置换溶剂，每隔2~4小时换水一次，置换1~3天，然后在-60~-40℃下干燥46~50h，得到石墨烯气凝胶。
所述步骤S300具体为，反应结束后，降至室温，小心倒入盛有去离子水的烧杯中置换溶剂，每隔2~4小时（如3小时）换水一次，置换1~3天（如2天），沥去表面多余水，于液氮中速冻15~25min（如20min），然后放入冷冻干燥机中在-60~-40℃下干燥46~50h，优选的在-50℃下干燥48h，得到石墨烯气凝胶。
步骤S400、将石墨烯气凝胶在氢气与氮气的氛围下退火至700~900℃，得到Mo2C/C的负极材料。
所述步骤S400具体为，将石墨烯气凝胶在氢气与氮气的氛围下退火至700~900℃（如800℃），且以2℃/min的升温速度退火，得到Mo2C/C的负极材料。优选地，所述氢气与氮气的体积比为5:95。
本发明的一种基于过渡金属碳化物的负极材料，其中，所述负极材料为Mo2C/C的负极材料，所述Mo2C/C的负极材料采用如上任一项所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法制备而成。与纯石墨或纯Mo2C作为负极材料相比，本发明所述Mo2C/C作为锂离子电池的负极材料，能够显著提高锂离子电池的电化学性能。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
称取12mg氧化石墨烯GO于50ml烧杯中，加入40ml去离子水，于300W下超声15min，形成均匀的氧化石墨烯分散液。同时，取10mg钼酸钠与0.9g葡萄糖加入氧化石墨烯分散液中，搅拌10min。随后加入0.75ml盐酸，继续搅拌10min。将其放入高压水热反应釜内，在电热鼓风干燥箱中180℃下反应3h，得到石墨烯水凝胶。
反应结束后，降至室温，小心倒入盛有去离子水的烧杯中置换溶剂，每隔3小时换水一次，置换2天，沥去表面多余水，于液氮中速冻20min，冷冻干燥机-50℃下干燥48h，得到石墨烯气凝胶。
将石墨烯气凝胶在氢气与氮气（5/95，体积比计）的氛围下退火至800℃，且升温速度为2℃/min，得到Mo2C/C的负极材料，其扫描电镜图见图2a和图2b，透射电镜图见图2c和图2d。
电化学性能测试
按Mo2C/C的负极材料：乙炔黑：海藻酸钠=8：1：1的质量比称取，于玛瑙研钵中加入少许去离子水研磨成浆料。研磨数刻，于涂膜机中将浆料均匀涂在铜箔上并干燥过夜，冲片，称其质量，经真空干燥后移至于手套箱中。在水氧值均小于0.1ppm的条件下，组装成纽扣电池(2032型)。
将装好的纽扣电池于蓝电测试***中进行低倍、高倍及不同倍率下循环性能测试，测试结果见图3，并在电化学工作站中进行交流阻抗测试，测试结果见图4。
实施例2
称取12mg氧化石墨烯GO于50ml烧杯中，加入40ml去离子水，于300W下超声搅拌15min，形成均匀的氧化石墨烯分散液。同时，取20mg钼酸钠与0.9g葡萄糖加入氧化石墨烯分散液中，搅拌10min。随后加入0.75ml盐酸，继续搅拌10min。将其放入高压水热反应釜内，在电热鼓风干燥箱中180℃下反应3h，得到石墨烯水凝胶。
反应结束后，降至室温，小心倒入盛有去离子水的烧杯中置换溶剂，每隔3小时换水一次，置换2天，沥去表面多余水，于液氮中速冻20min，冷冻干燥机-50℃下干燥48h，得到石墨烯气凝胶。
将石墨烯气凝胶在氢气与氮气（5/95，体积比计）的氛围下退火至800℃，且升温速度为2℃/min，得到Mo2C/C的负极材料。
实施例3
称取30mg氧化石墨烯GO于50ml烧杯中，加入40ml去离子水，于300W下超声搅拌15min，形成均匀的氧化石墨烯分散液。同时，取20mg钼酸钠与0.9g葡萄糖加入氧化石墨烯分散液中，搅拌10min。随后加入0.75ml盐酸，继续搅拌10min。将其放入高压水热反应釜内，在电热鼓风干燥箱中180℃下反应3h，得到石墨烯水凝胶。
反应结束后，降至室温，小心倒入盛有去离子水的烧杯中置换溶剂，每隔3小时换水一次，置换2天，沥去表面多余水，于液氮中速冻20min，冷冻干燥机-50℃下干燥48h，得到石墨烯气凝胶。
将石墨烯气凝胶在氢气与氮气（5/95，体积比计）的氛围下退火至800℃，且升温速度为2℃/min。得到Mo2C/C的负极材料。
综上所述，本发明提供的一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法，本发明通过制备负载Mo2C的石墨烯基复合材料，以制得的Mo2C/C作为锂离子电池的负极材料。与纯石墨或纯Mo2C作为负极材料相比，本发明所述Mo2C/C作为锂离子电池的负极材料，能够显著提高锂离子电池的电化学性能。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A、将氧化石墨烯分散于去离子水中，并搅拌，形成均匀的氧化石墨烯分散液；
步骤B、取钼酸盐与葡萄糖加入氧化石墨烯分散液中并搅拌，随后加入酸，继续搅拌，接着放入反应釜内，在140~200℃下反应2~4h，得到石墨烯水凝胶；
步骤C、反应结束后，降至室温，倒入去离子水中置换溶剂，每隔2~4小时换水一次，置换1~3天，然后在-60~-40℃下干燥46~50h，得到石墨烯气凝胶；
步骤D、将石墨烯气凝胶在氢气与氮气的氛围下退火至700~900℃，得到Mo2C/C的负极材料。
2.根据权利要求1所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，所述钼酸盐为钼酸钠、钼酸钾、钼酸钙中的一种。
3.根据权利要求1所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，所述酸为盐酸、硝酸中的一种。
4.根据权利要求1所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，在180℃下反应3h。
5.根据权利要求1所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，每隔3小时换水一次，置换2天。
6.根据权利要求1所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，在-50℃下干燥48h。
7.根据权利要求1所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤D中，所述氢气与氮气的体积比为5:95。
8.根据权利要求1所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤D中，以2℃/min的升温速度退火至700~900℃。
9.根据权利要求1所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤D中，退火至800℃。
10.一种基于过渡金属碳化物的负极材料，其特征在于，所述负极材料为Mo2C/C的负极材料，所述Mo2C/C的负极材料采用如权利要求1~9任一项所述的基于过渡金属碳化物的负极材料的制备方法制备而成。
CN201710840974.4A 2017-09-18 2017-09-18 一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法 Pending CN107623114A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710840974.4A CN107623114A (zh) 2017-09-18 2017-09-18 一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710840974.4A CN107623114A (zh) 2017-09-18 2017-09-18 一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107623114A true CN107623114A (zh) 2018-01-23

Family

ID=61089894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710840974.4A Pending CN107623114A (zh) 2017-09-18 2017-09-18 一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107623114A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107093529A (zh) * 2017-05-08 2017-08-25 华东理工大学 一种利用太阳能制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法
CN108461732A (zh) * 2018-03-16 2018-08-28 北京理工大学 一种柔性钠金属电池负极材料及其制备方法
CN108808021A (zh) * 2018-06-08 2018-11-13 中国石油大学(华东) Mo2C/C纳米复合材料及其制备方法和包含该材料的锂二氧化碳电池正极及其制备方法
CN109928713A (zh) * 2019-04-09 2019-06-25 天津大学 MXene水凝胶及其液相组装方法
CN110575840A (zh) * 2019-09-10 2019-12-17 太原理工大学 一种二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料的制备方法
CN110607473A (zh) * 2019-10-14 2019-12-24 石家庄铁道大学 一种过渡金属碳氮化物基高熵金属陶瓷及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104835945A (zh) * 2015-05-21 2015-08-12 哈尔滨理工大学 石墨烯/碳化钼复合负极材料的制备方法
CN105591077A (zh) * 2015-12-17 2016-05-18 中南大学 一种用于钠离子电池的碳化钼/氮硫共掺杂海绵石墨烯负极复合材料的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104835945A (zh) * 2015-05-21 2015-08-12 哈尔滨理工大学 石墨烯/碳化钼复合负极材料的制备方法
CN105591077A (zh) * 2015-12-17 2016-05-18 中南大学 一种用于钠离子电池的碳化钼/氮硫共掺杂海绵石墨烯负极复合材料的制备方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107093529A (zh) * 2017-05-08 2017-08-25 华东理工大学 一种利用太阳能制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法
CN107093529B (zh) * 2017-05-08 2019-04-30 华东理工大学 一种利用太阳能制备过渡金属氧化物/碳复合材料的方法
CN108461732A (zh) * 2018-03-16 2018-08-28 北京理工大学 一种柔性钠金属电池负极材料及其制备方法
CN108808021A (zh) * 2018-06-08 2018-11-13 中国石油大学(华东) Mo2C/C纳米复合材料及其制备方法和包含该材料的锂二氧化碳电池正极及其制备方法
CN109928713A (zh) * 2019-04-09 2019-06-25 天津大学 MXene水凝胶及其液相组装方法
CN110575840A (zh) * 2019-09-10 2019-12-17 太原理工大学 一种二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料的制备方法
CN110575840B (zh) * 2019-09-10 2022-05-10 太原理工大学 一种二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料的制备方法
CN110607473A (zh) * 2019-10-14 2019-12-24 石家庄铁道大学 一种过渡金属碳氮化物基高熵金属陶瓷及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107623114A (zh) 一种基于过渡金属碳化物的负极材料及其制备方法
Li et al. Directed synthesis of carbon nanotube arrays based on layered double hydroxides toward highly-efficient bifunctional oxygen electrocatalysis
Du et al. Enhancing the electrochemical performance of lithium ion batteries using mesoporous Li 3 V 2 (PO 4) 3/C microspheres
Jiang et al. Ultrafine SnO2 in situ modified graphite felt derived from metal–organic framework as a superior electrode for vanadium redox flow battery
CN110247068B (zh) 一种铁/铜氮杂石墨烯锌空气电池阴极催化剂的制备方法和应用
CN105375008B (zh) 层状Na3V2(PO4)3@rGO纳米复合材料及其制备方法和应用
CN104821240A (zh) 一种一步水热合成SnS2/MoS2复合材料的方法及其应用
CN106025244A (zh) 一种硒化镍/石墨烯/碳纳米管复合材料及其制备方法
CN109860526B (zh) 石墨类材料掺杂金属草酸盐锂电池复合负极材料的制备方法
CN109755548A (zh) 一种碳气凝胶负载硒复合材料及其制备方法及锂/钠硒电池
Gong et al. Constructing a catalytic reservoir using cobalt nanoparticles-MoS2@ nitrogen doped carbon nanotubes on the separator to immobilize polysulfides and accelerate their conversion for lithium-sulfur batteries
CN108269982A (zh) 一种复合材料、其制备方法及在锂离子电池中的应用
CN108232167A (zh) 一种碳@硅酸铁空心结构复合物及其制备方法
CN109473649B (zh) 一种钠离子电池复合负极材料及其制备方法
Sheng et al. Carbon nanotubes embedded in α-MoO3 nanoribbons for enhanced lithium-ion storage
Zhang et al. Achieving in-situ hybridization of NaTi2 (PO4) 3 and N-doped carbon through a one-pot solid state reaction for high performance sodium-ion batteries
CN110190256A (zh) 一种氧化锑/氮掺杂石墨烯复合材料及其制备方法和应用
CN106992284B (zh) 还原氧化石墨烯-硅酸亚铁-四氧化三铁三明治结构复合物及其制备方法和应用
CN108539160A (zh) 一种CoO/rGO复合物及其制备方法与用途
CN115417465B (zh) 一种二硫化镍电极材料及制备方法和应用
CN106972177A (zh) 一种CoO/Co/C三元复合材料及其制备方法和应用
CN116613295A (zh) 一种钠离子电池铁基复合氧化物负极材料及其制备方法
CN105609731A (zh) 氟化铜/三氧化钼/石墨烯复合材料及其电极的制备方法
CN106505213A (zh) 一种以昆虫翅膀制备石墨烯基电催化剂的方法
CN112952119B (zh) 一种过渡金属掺杂二维碳纳米片及其制备方法和应用

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180123

RJ01 Rejection of invention patent application after publication