一种硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料及其制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115881969A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202310074108.4(22)申请日2023.02.07(71)申请人四川大学地址610000四川省成都市一环路南一段24号(72)发明人王延青张浩(74)专利代理机构北京睿智保诚专利代理事务所(普通合伙)11732专利代理师周新楣(51)Int.Cl.H01M4/62(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书9页附图13页(54)发明名称一种硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料及其制备方法与应用(57)摘要本发明属于储能材料技术领域，本发明公开了一种硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料及其制备方法与应用。本发明采用插层引导燃烧活化的固态合成方法来获得具有分级多孔结构的硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料，使制备的复合材料在钠离子半电池中兼具优异的倍率性能和循环性能，在钠离子全电池中具有高的能量密度和功率密度。本发明所述制备工艺简单，解决了现有的溶胶‑凝胶法和研磨混合法所存在的弊端；且本发明利用羟丙基纤维素、硼酸、金属硝酸盐和氮源为原料，整个合成体系以水为溶剂，原料无毒易获得，成本也较低。在现有能量转化与储存器件中具有良好的应用前景。CN115881969ACN115881969A权利要求书1/1页1.一种硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将羟丙基纤维素、硼酸、金属硝酸盐、氮源和溶剂混合后顺次进行蒸发和碳化，最后经过后处理得到硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料；所述溶剂为水。2.根据权利要求1所述硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述金属硝酸盐为硝酸锌、硝酸铁或硝酸钴；所述氮源为甘氨酸、尿素、硫脲和二甲基咪唑中的一种或多种。3.根据权利要求2所述硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述羟丙基纤维素、硼酸和溶剂的质量体积比为1~5g：5~20g：100~300mL；所述金属硝酸盐和氮源的摩尔比为0.25~4：1；所述硼酸和氮源的摩尔比为0.5~4：0.1~0.5。4.根据权利要求1~3任一项所述硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述混合在搅拌的条件下进行；搅拌的速率为200~800r/min；混合的时间为4~12h。5.根据权利要求4所述硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述蒸发的温度为60~90℃，蒸发的时间为4~36h。6.根据权利要求1或5所述硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述碳化在保护气体下进行，保护气体为氩气和/或氮气，保护气体的流速为40~100mL/min；碳化的升温速率为2~10℃/min，碳化的温度为700~1000℃，碳化的时间为0.5~6h。7.根据权利要求6所述硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述后处理为将碳化所得产物顺次进行除杂、分离、洗涤和干燥。8.根据权利要求7所述硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述除杂的温度为60~100℃；所述干燥的温度为60~120℃。9.权利要求1~8任一项所述硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料的制备方法制备得到的硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料。10.权利要求9所述硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料在钠离子电池中的应用。2CN115881969A说明书1/9页一种硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明涉及储能材料技术领域，尤其涉及一种硼氮掺杂多孔碳基负极活性材料及其制备方法与应用。背景技术[0002]在铝可以取代铜作为集流体，钴和锂矿物稀缺的情况下，钠离子电池（SIB）具有低成本优势，是现有锂离子电池（LIB）最有前途的替代品。虽然SIB的储能机理与LIB相似，但在有机基电解质中，LIB的氧化还原电位（‑2.56V）高于SIB的氧化还原电势（‑2.79V），这意味着SIB具有优异的电压和能量密度。此外，溶剂化Na+比溶剂化Li+具有更高的离子电导率。然而，由于Na+的半径更大（Na+：0.102nm、Li+：0.076nm），导致Na+在SIB负极材料中扩散速率缓慢，体积变化大。此外，SIB的正极材料，如聚阴离子材料、层状过渡金属氧化物和普鲁士蓝，需要合适的负极材料来匹配其高工作电位，这是一个挑战。[0003]近年来，已经探索了三种类型的负极材料来优化Na+储存性能：（1）嵌入型；（2）转化型；（3）合金型。由于不同的储能机制，嵌入型负极面临有限的比容量，合金型负极承受较大的体积膨胀。与上述两种负极相比，转化型负极具有丰富的资源、较高的理论容量和较低的体积膨胀率，适用于SIB。[0004]在SIB的转化型负极中，过