[发明专利]一种过渡金属/过渡金属碳二亚胺复合材料的制备方法

说明书

一种过渡金属/过渡金属碳二亚胺复合材料的制备方法，将无机过渡金属盐以及含碳氮有机化合物，研磨后得到混合物，混合物中无机过渡金属盐与含碳氮有机化合物的质量为4:1‑1:7；将混合物在氩气气氛下，于100‑170℃保温30‑60min，然后在500‑700℃保温1h‑5h，得到过渡金属/过渡金属碳二亚胺复合材料。本发明所制备的过渡金属材料结构与氮掺杂碳复合，可显著提升材料在充放电过程中的导电性和结构稳定性。本发明所制备的过渡金属/过渡金属碳二亚胺复合材料具有极高的钠离子存储性能，充放电容量高且倍率性能极佳。

技术领域

本发明属于复合材料合成领域，具体涉及一种过渡金属/过渡金属碳二亚胺复合材料的制备方法。

背景技术

由于锂离子电池具有能量密度高，使用寿命长，环境友好等优点，最近几年来成为了研究热点，并成功实现了商业化。但是锂资源在地球的储量相对较低，价格昂贵成为继续发展锂离子电池的一个瓶颈。因为迫切需要寻找一种储量丰富，性质类似的元素来取代锂元素。钠与锂为同一主族的元素，而且钠在地球的储量较高，并且分布广泛。因此近年来大量的科研工作者在钠离子电池的研究上投入了大量的精力，钠离子电池近年来也取得了迅速的发展。然而，钠元素与锂元素的半径相差较大，因此体积膨胀成为制约钠离子电池发展的一个主要因素。铁的氧化物具有高容量，低成本，来源广泛，无毒等优点，与现有的石墨电极相比，理论容量仅为372mAhg-1，具有显著的优势。过渡金属氮化物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，已引起科学工作者的广泛关注。过渡金属氮化物是一类引起广泛关注的负极材料。碳材料通常具有优良导电性和结构稳定性，因此其经常作为复合材料的组成之一为其他活性材料提供支持。若能在FeN材料的合成中与碳材料同步进行复合，则有望解决上述提出的问题。因此，如何在合成FeN材料的同时形成与其复合的碳材料是一个重要的研究内容。碳二亚胺过渡金属盐(MNCN，M为过渡金属)是一类具有高充放电容量潜力的钠离子电池负极材料，然而该材料由于合成制备条件要求极为苛刻，较难直接得到该材料，更难以得到该材料的复合结构，因而显著限制了该材料的应用。若能发明技术一步直接构筑高导电性材料与其复合，来提高其导电性，并通过表面包覆来缓解钠离子嵌入和脱出时发生的体积膨胀，则有望推广该材料在电池电极材料领域中的应用。

发明内容

本发明针对现有技术中过渡金属/过渡金属碳二亚胺复合材料合成步骤复杂、合成成本较高等问题，目的在于提出一种过渡金属/过渡金属碳二亚胺复合材料的制备方法，通过碳包覆其能有效解决过渡金属/过渡金属碳二亚胺体积膨胀，同时两种材料的复合在进一步提高了也提高了电池的反应活性，使电池结构更加稳定，从而提高电池的倍率与循环性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种过渡金属/过渡金属碳二亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将无机过渡金属盐以及含碳氮有机化合物，研磨后得到混合物，混合物中无机过渡金属盐与含碳氮有机化合物的质量为4:1-1:7；

2)将混合物在氩气气氛下，于100-170℃保温30-60min，然后在500-700℃保温1h-5h，得到过渡金属/过渡金属碳二亚胺复合材料。

本发明进一步的改进在于，无机过渡金属盐为锌盐、铬盐、锰盐或银盐，其中，锌盐为草酸锌、氯化锌、乙酸锌、硫酸锌中的任意两种，铬盐为醋酸铬、硝酸铬、氯化铬中的任意两种，锰盐为水杨酸锰、乙酸锰、草酸锰中的任意两种，银盐为甲酸银、硝酸银、乙酸银中的任意两种。

本发明进一步的改进在于，含碳氮有机化合物为尿素、三聚氰胺、双氰胺、氰胺、碳二亚胺、三聚氰酸或三聚硫氰酸。

本发明进一步的改进在于，以2-20℃/min的速率从室温升温至100-170℃。

本发明进一步的改进在于，以2-20℃/min的升温速率自100-170℃升温至500-700℃。