锂/锌离子电池电极材料氮化钒@氮掺杂碳的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113206244A(43)申请公布日2021.08.03(21)申请号202110449842.5(22)申请日2021.04.25(71)申请人三峡大学地址443002湖北省宜昌市西陵区大学路8号(72)发明人陶华超唐春燕刘心宇杨学林(74)专利代理机构宜昌市三峡专利事务所42103代理人成钢(51)Int.Cl.H01M4/58(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)H01M10/36(2010.01)B82Y30/00(2011.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称锂/锌离子电池电极材料氮化钒@氮掺杂碳的制备方法(57)摘要本发明具体涉及一种锂/锌离子电池电极材料氮化钒@氮掺杂碳的制备方法，属于电化学和新能源材料领域。本发明所述方法采取原位制备的方法将尿素或三聚氰胺、偏钒酸铵和葡萄糖通过固相混合方法混合后得到反应物原料，将反应物原料转移到瓷舟中在保护气氛下于管式炉中进行高温煅烧，冷却后得到的黑色粉体即为氮化钒@氮掺杂碳复合材料。其形貌为玫瑰花状片层，氮化钒纳米粒子的平均粒径为2‑7nm，且该粒子均匀的分布在氮掺杂碳载体上。氮掺杂碳载体起到稳定剂的作用，并为氮化钒纳米粒子提供协同作用。所述复合材料在储能材料领域具有广阔的应用前景。作为锂/锌离子电池电极材料，表现出了较高的比容量和较好的循环稳定性。CN113206244ACN113206244A权利要求书1/1页1.一种锂/锌离子电池电极材料氮化钒@氮掺杂碳的制备方法，其特征在于：将尿素或三聚氰胺、偏钒酸铵和葡萄糖按照一定的质量比通过固相混合法混合后得到反应物原料，将反应物原料转移到瓷舟中在保护气氛下于管式炉中进行高温煅烧，冷却后得到的黑色粉体即为氮化钒@氮掺杂碳复合材料。2.如权利要求1所述的锂/锌离子电池电极材料氮化钒@氮掺杂碳的制备方法，其特征在于：固相混合方法为研钵中研磨、行星式球磨或高能球磨中的任意一种。3.如权利要求1所述的锂/锌离子电池电极材料氮化钒@氮掺杂碳的制备方法，其特征在于：尿素或三聚氰胺、偏钒酸铵和葡萄糖按照20：1‑2：0‑4的质量比混合。4.如权利要求1所述的锂/锌离子电池电极材料氮化钒@氮掺杂碳的制备方法，其特征在于：保护气氛为氩气、氮气或真空中的任意一种。5.如权利要求1所述的锂/锌离子电池电极材料氮化钒@氮掺杂碳的制备方法，其特征在于：高温煅烧的条件是进行两段烧，具体为在500‑550℃下煅烧3‑4h，后升温至650‑950℃下煅烧2‑4h。2CN113206244A说明书1/5页锂/锌离子电池电极材料氮化钒@氮掺杂碳的制备方法技术领域[0001]本发明公开了一种氮化钒@氮掺杂碳复合材料及其制备方法，属于电化学和新能源材料领域。背景技术[0002]面对电子设备的日益增长的需求，锂离子电池（LIBs）由于高能量密度和长循环寿命而在近几十年得到了广泛的研究，并已在许多电子设备中得到应用。当前使用最广泛的LIBs负极材料是碳材料，具有良好的循环性能，但是由于其理论容量小(372mAhg‑1)，体积比容量较低，以致碳负极材料难以满足各类电子产品以及电动汽车对电池高容量的要求。近年来，一些非碳基材料由于具有高的比容量，较低的脱嵌锂电位以及优异的安全性能，已成为当前LIBs负极材料研究的热点之一。在众多研究的新型非碳基负极材料中，过渡金属氮化物(TMNs)因其低而平的充放电电位平台、高度可逆的反应特性与容量大等特点，已逐步成为科学工作者研究和关注的热点材料。该类材料有望取代石墨，成为下一代新型高性能LIBs负极材料。[0003]在所有金属氮化物中，VN是最有前途的候选者，高导电率(1.6x106Ω‑1m‑1)，大的理论比容量(LIBs为1238mAhg‑1)。不幸的是，与大多数负极材料一样，它们体积变化巨大，Li+扩散动力学缓慢，导致极化大，电化学活性粒子利用率低，容量迅速衰减。为了克服这些问题，将VN负极材料的尺寸减小到纳米级尺寸是一种最有效的方法，这种方法不仅可以缓冲体积变化，而且由于尺寸效应导致的扩散长度较短，更容易促进Li+的转移。然而，纳米级电极材料将更多的活性材料暴露在电解质表面，形成较厚的固态电解质间相(SEI)层，消耗Li+离子和电解质。因此，为了解决这些问题，通过将VN纳米级材料引入导电碳基体有利于在电极上形成稳定的SEI。此外，活性纳米材料与导电碳基体的强耦合可以有效缓冲体积变化，使结构完整，从而改善电化学性能。另一方面，杂质原子如氮、磷、硫、硼等掺入碳材料内部可以改变材料的能带结构，降低锂离子扩散速率，同时造成材料的结构缺陷，提高碳材料的储锂性能。氮掺杂碳材料已经被广泛研究，并显著提