[发明专利]碳氮掺杂三元金属氧化物的制备方法及应用

说明书

本发明涉及碳氮掺杂三元金属氧化物的制备方法及应用。本发明所述的制备方法包括以下步骤：S1：合成锌与2‑甲基咪唑配位的Zn‑IM骨架材料；S2：称取Zn‑IM锌骨架材料和六水硝酸钴分散于溶剂中，微波条件反应，得到配位Co‑Zn‑IM骨架材料；S3：称取配位Co‑Zn‑IM骨架材料、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和二水氯化铜分散于溶剂中，微波条件反应，得到配位三金属杂合Cu‑Co‑Zn‑IM骨架材料；S4：将步骤S3制得的配位三金属杂合Cu‑Co‑Zn‑IM骨架材料煅烧，得到碳氮掺杂三元金属氧化物。本发明采用2‑甲基咪唑作为配体，可以得到高掺氮量的的金属氧化物，制备得到的碳氮掺杂三元金属氧化物电化学稳定性和高比容量更加优异，并且将其作为锂离子电池的负极材料，能有效提高锂离子电池的比容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料的应用领域，特别是涉及碳氮掺杂三元金属氧化物的制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池由于有高能量密度、高输出电压、无记忆效应和无环境污染等优点，得到越来越多的应用。不仅仅可以应用于各种便携式电子设备，在作为电动汽车动力电源和太阳能、风能等新能源的储能设备方面都有很大应用前景。目前商业化的锂离子电池广泛使用的负极主要是石墨类材料。但石墨理论容量低且有安全性问题，因此高理论容量、安全性好的新型负极材料得到越来越多的关注。三元金属氧化物负极材料具有理论容量高、循环性能好、安全性能高等优点，是替代石墨作为锂离子电池负极的理想材料。

但是，三元金属氧化物也存在导电性差、不可逆容量大和充放电前后体积变化大等问题制约其得到实际应用。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种碳氮掺杂三元金属氧化物的制备方法，其制得的碳氮掺杂三元金属氧化物具有高容量、高稳定性等优良的电化学性能。

碳氮掺杂三元金属氧化物的方法，包括以下步骤：

S1：合成锌与2-甲基咪唑配位的Zn-IM骨架材料；

S2：称取Zn-IM锌骨架材料和六水硝酸钴分散于溶剂中，微波条件反应，得到配位Co-Zn-IM骨架材料；

S3：称取配位Co-Zn-IM骨架材料、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和二水氯化铜分散于溶剂中，微波条件反应，得到配位三金属杂合Cu-Co-Zn-IM骨架材料；

S4：将步骤S3制得的配位三金属杂合Cu-Co-Zn-IM骨架材料煅烧，得到碳氮掺杂三元金属氧化物。

相对于现有技术，本发明采用含有碳氮元素的有机配体2-甲基咪唑，可以得到高掺氮量的的金属氧化物，使制备得到的碳氮掺杂三元金属氧化物电化学稳定性和高比容量更加优异；并且，本发明制备得到的碳氮掺杂三元金属氧化物，多孔性能优异，为其在充放电过程中的体积变化提供了巨大的缓冲，将其作为锂离子电池的负极材料，能有效提高锂离子电池的比容量。

进一步，步骤S1中，称取2-甲基咪唑和六水硝酸锌，然后加入甲醇，微波条件下，加热反应；反应结束后，离心得到沉淀，将沉淀干燥得到Zn-IM骨架材料。

进一步，步骤S1中，所述2-甲基咪唑和六水硝酸锌的摩尔比为10:(1-2.5)；所述甲醇和六水硝酸锌的摩尔比为(4-5):0.01；步骤S1中，所述离心转速为2000-7000r/min；步骤S1中加热反应的温度为40-60℃，加热反应的时间为3-10min。

进一步，步骤S2中，分别取步骤S1制得的Zn-IM骨架材料和六水硝酸钴，分散于溶剂三乙胺中，微波条件下，加热反应；反应结束后，离心得到沉淀，将沉淀干燥得到Co-Zn-IM骨架材料。