[发明专利]一种碳基复合氰胺化铁材料及其制备方法和采用其作为负极材料的钠离子电池

说明书

本发明公开了一种碳基复合氰胺化铁材料的制备方法，首先按质量比1:2:(0.1～1)分别取草酸高铁胺、尿素以及导电碳，充分研磨混合，得到均匀混合物粉体，产物记为A；向产物A中加入表面活性剂，溶于水之后进行分散，冷冻干燥之后得到的黑色产物记为B；将产物B在保护气氛下热解，得到产物C，即碳基复合氰胺化铁材料；将所得碳基复合氰胺化铁材料作为钠离子电池的负极材料；本发明采用高温热解氮化的方法将FeCN₂与导电碳进行复合，合成产物碳包覆氰胺化铁活性材料作为钠离子电池的负极材料，通过加入导电碳材料，构筑新的材料体系，有利于增强该材料的导电性，该制备方法操作简单、成本低廉、安全无毒，有望实现工业化生产。

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种碳基复合氰胺化铁材料及其制备方法，还涉及采用该材料的钠离子电池。

背景技术

近年来，由于可再生能源的利用对大规模储能技术需求的日益迫切，资源廉价的钠离子电池受到了科学界和工业界的广泛关注。但是由于钠离子的尺寸较大(DNa+＝0.106nm，DLi+＝0.076nm)，较难直接嵌入到许多钠离子电池的电极材料以实现电化学储钠过程，极大地限制了这类电池的应用前景。因此，如何兼顾钠离子电池电极材料的充放电速率和储钠容量，近年来已成为众多学者的研究热点方向，而调控电池的充放电机制、探索新的材料结构体系则被认为是解决上述问题的关键。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，但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

为了解决了现有技术中存在的问题，本发明提供一种碳基体表面原位生长碳/氰胺化铁复合结构作为钠离子电池负极材料的方法，通过加入导电碳材料，构筑新的材料体系，有利于增强该材料的导电性，该制备方法操作简单、成本低廉、安全无毒，有望实现工业化生产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种碳基复合氰胺化铁材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按质量比1:2:(0.1～1)分别取草酸高铁胺、尿素以及导电碳，充分研磨混合，得到均匀混合物粉体，产物记为A；

步骤2，向产物A中加入表面活性剂，表面活性剂与产物A中草酸高铁铵的质量比为1:(0.02～0.05)，溶于水之后进行分散，冷冻干燥之后得到的黑色产物记为B；

步骤3，将产物B在保护气氛下热解，得到产物C，即碳基复合氰胺化铁材料；本步骤中，将产物B在管式炉中热解，以30℃/min的速率从室温升温至160℃，并保温1h，然后继续以5℃/min-10℃/min的升温速率继续保持升温至400-600℃。

作为一个可选方案，步骤1中按质量比1:2:0.5分别取分析纯的草酸高铁胺、尿素以及导电碳。

步骤1中导电碳为CNT、石墨烯或super-p。

步骤2中表面活性剂为EDTA，乙醇胺，乙胺，油酸，油胺或CTAB。

步骤2中采用超声分散，超声波功率为300W，超声波持续时间10min-90min。

步骤2中冷冻干燥是将产物置于表面皿中用水分散，置于冷冻干燥机的冷冻阱中，至表面皿中样品温度达-50℃，完全冻结成固体状，持续时间为12-24h，再将其抽真空使水分升华，至完全除去产物中的水分。

按照上述制备方法得到的碳基复合氰胺化铁材料。

本发明还制作了一种钠离子电池，将上述碳基复合氰胺化铁材料作为钠离子电池的负极材料。