[发明专利]一种氮掺杂的碳负载氮化铁复合物钠离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种氮掺杂的碳负载氮化铁复合物钠离子电池负极材料的制备方法，首先将氮源、碳源和铁源按质量比为40:1:(10～40)溶于去离子水中，搅拌均匀，其中每40mL去离子水中加入6g氮源，然后将其冷冻干燥得到产物A；其次将产物A进行热解反应，得产物B；最后将产物B用去离子水和乙醇洗涤，即得到氮掺杂的碳负载氮化铁复合物钠离子电池负极材料。本发明以常规廉价的化合物通过一步热解法来制备产物，方法简单，容易操作，成本低廉，有望实现规模化生产。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种氮掺杂的碳负载氮化铁复合物钠离子电池负极材料的制备方法。

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。但是由于金属锂在地球储量较少，且分布不均匀，导致锂的价格昂贵，成本较高。为了降低成本，钠离子电池成为了最近研究的热点，由于钠资源在地球储量较高，分布广泛。铁的氮化物(Fe₂N,Fe₃N)具有稳定性高，低成本，来源广泛，无毒等优点，与现有的石墨电极(372mAhg^-1)相比，具有显著的优势(Muhammad-Sadeeq Balogun,Binder-free Fe2N nanoparticles on carbon textile with high power density asnovel anode for high-performance flexible lithium ion batteries,Nano Energy(2015)11,348-355)(Hao Huang,Fe₃N constrained inside C nanocages as an anodefor Li-ion batteries through post-synthesis nitridation,Nano Energy 31(2017)74–83)。然而单一的铁的氮化物导电性差，大电流下容量不高，这些缺点大大限制了它的广泛应用，因此需要寻找导电性好的材料与其复合来提高其导电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮掺杂的碳负载氮化铁复合物钠离子电池负极材料的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明以常规廉价的化合物通过一步热解法来制备产物，方法简单，容易操作，成本低廉，有望实现规模化生产。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氮掺杂的碳负载氮化铁复合物钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将氮源、碳源和铁源按质量比为40:1:(10～40)溶于去离子水中，搅拌均匀，然后将其冷冻干燥得到产物A；

2)将产物A进行热解反应，得产物B；

3)将产物B用去离子水和乙醇洗涤，即得到氮掺杂的碳负载氮化铁复合物钠离子电池负极材料。

进一步地，步骤1)中氮源为尿素或三聚氰胺。

进一步地，步骤1)中碳源为聚乙烯吡咯烷酮或壳聚糖。

进一步地，步骤1)中铁源为草酸高铁铵或醋酸铁。

进一步地，步骤1)中每40mL去离子水中加入6g氮源。

进一步地，步骤1)中冷冻干燥时间为12h。

进一步地，步骤2)中热解反应具体为：将产物A置于真空管式炉热解反应中，Ar气为保护气，热解温度为400-800℃，反应时间为1h-6h。

进一步地，热解温度的升温制度为：在升温速率为5-10℃/min下升温至200-300℃,保温0.5h,然后以10-15℃/min的升温速率升至400-800℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：