原位合成Ni3N/g-C3N4复合材料的储锂性能

张林森,郭春朵,宋延华,2,3,樊云飞

(1.郑州轻工业大学材料与化学工程学院,河南郑州 450002;2.郑州轻工业大学陶瓷材料研究中心,河南郑州 450002;3.河南省陶瓷基新能源材料国际联合实验室,河南郑州 450002)

以石墨为负极的商用锂离子电池已不能满足大功率电子产品快速增长的要求[1],因此,开发具有高容量和良好稳定性的电极材料至关重要[2]。硅、金属化合物等材料[1,3-4]因为具有高的理论比容量,受到人们的关注,其中,氮化物的研究较多。氮化镍(Ni3N)是一种间隙化合物,具有良好的导电性能和储锂特性,是一种很有应用前景的锂离子电池负极材料[5],但是需要解决充放电过程中体积变化较大的问题。石墨相氮化碳(g-C3N4)是具有类似石墨烯平面二维结构的多孔片状材料,具有导热率高、热稳定和化学稳定性好等特点[2,6]。Y.Zhao等[7]发现,建立g-C3N4的基本构造单元是三嗪(C3N3)和三嗪/七嗪(C6N7)环,结构具有很强的稳定性,有利于缓解Ni3N的体积膨胀。

将Ni3N纳米颗粒均匀地分散在g-C3N4中,可在充放电过程中缓解Ni3N的体积膨胀,因此,Ni3N/g-C3N4作为锂离子电池的负极材料,有望兼具高倍率性能和良好的稳定性。本文作者采用原位固相法合成Ni3N/g-C3N4复合材料,并探究原料配比对复合材料形貌和性能的影响。

1 实验

1.1 材料制备

将0.008 mol三聚氰胺(天津产,AR)分散到70 m l去离子水中,70℃水浴加热,搅拌2 h;再将0.048 mol四水合乙酸镍(天津产,AR)加入其中,搅拌溶解;然后加入0.192 mol 2-甲基咪唑(天津产,AR),搅拌至反应完全。反应产物离心3次,在80℃下真空(真空度≥0.09 MPa,下同)干燥24 h,得到前驱体。……