[发明专利]一种原位合成石墨相氮化碳-氧化铜复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种原位合成g‑C₃N₄/CuO复合材料的方法，包括如下步骤：1)将乙腈和有机溶剂搅拌均匀，得混合反应溶剂；2)将二氰二氨和硝酸铜搅拌溶解于步骤1)所得混合反应溶剂中，得前驱体溶液；3)将前驱体溶液加热进行溶剂热反应，然后进行分离提纯干燥，得g‑C₃N₄/CuO复合材料。本发明涉及的制备方法简单，反应条件温和，工序简单，制备的g‑C₃N₄/CuO复合材料具有循环稳定性好、电极比容量高的储锂性能，可用作锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明属于新能源材料的开发与研究技术领域，具体涉及一种原位合成石墨相氮化碳-氧化铜复合材料的方法及应用。

背景技术

锂离子电池作为新一代能量转换器件，由于其高能量密度、可逆性以及循环寿命长等显著的优势受到广泛的研究。为了满足高能量密度和大功率密度的要求，开发具有高倍率性能和高安全性的负极材料，以取代传统的碳负极，已成为一项紧迫的任务。碳负极由于其较低的理论容量(石墨372mA h/g)、较差的锂离子插层动力学以及安全性问题严重限制了电池负极材料的发展和应用。CuO作为锂离子负极材料具有高的储锂容量，其理论容量为674mA h/g，为石墨炭负极材料的2倍以上。目前，纯相CuO负极材料的循环稳定性不高，通常采用石墨烯、导电高分子以及其他材料进行复合包覆，提高CuO的导电性和结构稳定性来提高其循环寿命。高分子聚合物g-C₃N₄锂离子负极材料的理论容量为524(Li₂C₃N₄)和534(Li₂C₄N₃)mA·h/g，其具有良好的导电性和较高的理论容量，因此g-C₃N₄/CuO复合材料用于锂离子负极具有很大的研究和应用价值。

复合材料的制备方法可以分为一步法和分步法合成。目前，制备g-C₃N₄/CuO复合材料的方法主要为分步法。分步法合成复合材料存在第二相分散不均匀，界面结合不牢固等问题。一步法合成复合材料的第二相与基体间的界面无杂质污染，两者之间有理想的原位匹配，能显著改善材料中两相界面的结合状况，使材料具有优异的物理化学性能。目前，一步法合成的技术不足，在同一个体系内很难同时调控多种晶相的晶粒成核和生长，得到的产物一般仅仅是物理混合，得不到两相或多相复合材料，大大地降低复合材料的性能。一步法原位合成g-C₃N₄/CuO复合材料具有优良的界面结合状态，能有效地降低电池充放电嵌锂-脱锂过程中体积变化带来的不利影响，稳定活性物质的结构，使循环寿命提高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种原位合成g-C₃N₄/CuO复合材料的方法，该方法涉及的工艺简便、反应条件温和，制备的g-C₃N₄/CuO复合材料具有循环稳定性好、电极比容量高的储锂性能，适合推广应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种原位合成g-C₃N₄/CuO复合材料的方法，包括如下步骤：

1)将乙腈和有机溶剂搅拌均匀，得混合反应溶剂；

2)将二氰二氨和硝酸铜搅拌溶解于步骤1)所得混合反应溶剂中，得前驱体溶液；

3)将所得前驱体溶液加热进行溶剂热反应，然后进行分离提纯干燥，得g-C₃N₄/CuO粉末；