碳材料是目前使用最為廣泛的鋰離子電池負極材料，具有良好的循環性能，但其理論容量小（372mAh/g），體積比容量低，難以滿足各類電子產品、電動汽車等電池的高容量要求。近年來，一些非碳基材料由于具有高的比容量，特別是體積比容量，較低的脫嵌電位及優異的安全性能，已經成為鋰離子電池負極材料研究的熱點對象之一。

在眾多的非碳基負極材料中，過渡金屬氮化物因具有低而平的充放電電位平臺，高度可逆的反應特性與容量大的特點而受到廣泛的關注。此外，過渡金屬氮化物的高熔點和卓越的電化學惰性，有利于其電極材料在潮濕及腐蝕壞境中穩定工作。下文將對部分過渡金屬氮化物材料：氮化鐵、氮化鈷、氮化鎳的特性及應用做簡單的介紹。

1、氮化鐵

氮化鐵，包含Fe₂N、Fe₃N_{1 + x}、Fe₃N和Fe₁₆N₂等結構，灰色粉末，不溶于水，受熱易分解。因其具有較高的比容量以及高充放電效率，良好的循環穩定性，經碳包覆后可應用于鋰離子電池負極材料。此外，還可用作硬磁和軟磁性材料、信息記錄材料、磁性密封液和催化材料等。

氮化鐵電鏡圖及XRD圖譜

舉例：大連理工大學在期刊《Nano Energy》上發表了名為“Fe₃N constrained inside C nanocages as an anode for Li-ion batteries through post-synthesis nitridation”的研究成果。該項研究針對鋰離子二次電池在循環過程中活性物質嚴重體積膨脹造成電極粉化失效的瓶頸問題，提出了碳約束氮化鐵納米核殼結構。

該結構不僅有效抑制內部活性物質在充放電過程中發生的體積變化，同時表面多缺陷碳層為界面電荷快速轉移提供有效路徑。實驗證明，在500次循環中電池仍能維持工作容量，未發現明顯衰減。

2、氮化鈷

氮化鈷，包含CoN，Co₂N，Co₃N等結構，灰黑色粉末，受熱易分解，易受鹽酸、硝酸腐蝕，具有很高的可逆放電容量，在鋰離子電池電極材料方面有很好的應用，同時可用作儲能材料、催化劑等。

氮化鈷電鏡圖及XRD圖譜

3、氮化鎳

氮化鎳，灰黑色粉末，在潮濕空氣中穩定，溶于濃鹽酸和濃硫酸。因其具有比容量大，可逆循環性好，可用于鋰離子電池電極材料, 還可用作薄膜材料、PVD圖層、電鍍原料等。

氮化鎳電鏡圖及XRD圖譜

舉例：在“可用作電池陽極材料的過渡金屬氮化物薄膜及其制備方法”復旦大學專利CN1447463中有提到：研究人員在氮氣氛中采用激光反應性沉積制得粒子尺寸為20-50nm的多晶立方結構Co₃N、Fe₃N、Ni₃N薄膜。

使用上述薄膜做成的電極，分別與金屬鋰組成電極后，其放電平臺出現在0.64V，0.70V和0.92V左右（相當于Li/Li⁺）。在電壓范圍0.01-3.5V和電流密度7μA/cm²時，都有良好的充放電循環可逆性，比容量保持在420和440mAh/g。循環80次后的可逆容量損失小于5%，比其他各種陽極薄膜材料更具優越性。 

本文部分素材及圖片提供：河北利福光電技術有限公司。

河北利福光電技術有限公司目前已開發氮化物產品40余種，可為客戶定制各種納米和亞微米級的各類氮化物，可用于LED熒光粉，鋰電池、儲能材料、催化劑等。近期，河北利福光電又成功開發了氮化鐵、氮化鈷、氮化鎳等氮化物產品，可以滿足批量供貨的需求。

參考資料

1、《Nano Energy》—Fe3N constrained inside C nanocages as an anode for Li-ion batteries through post-synthesis nitridation.

2、專利CN1447463：可用作電池陽極材料的過渡金屬氧化物薄膜；發明人：傅正文、秦啟宗、趙勝利、岳小力等；復旦大學。

3、過渡金屬氮化物在鋰離子電池中的應用；作者：陳汝文，涂新滿等；南昌航空大學環境與化學工程學院。

編輯：粉體圈小白