[发明专利]一种高氮掺杂碳包覆金属硫化物钠二次电池用高容量电极材料及其应用

权利要求书

1.高氮掺杂碳包覆金属硫化物钠二次电池用高容量电极材料，其特征在于包括以下步骤：

（1）制备金属有机框架前驱体：将一定量可溶性金属盐和有机配体溶解于混合溶剂中，然后将上述溶液在密闭容器中反应后，经分离、干燥可得金属有机框架前驱体；

（2）将步骤（1）制备的金属有机框架前驱体置于保护气氛围中煅烧，得到碳包覆金属中间体；

（3）将步骤（2）得到的碳包覆金属中间体与硫化物研磨混合，混合物在保护气氛围中、300-600℃条件下反应1-4h，得到高氮掺杂碳包覆金属硫化物高容量钠二次电池电极材料，高氮掺杂碳包覆金属硫化物氮含量为16.7-30 at %，形貌为微米或纳米级结构，粒径为0.5-5 μm或1-50 nm。

2.根据权利要求1所述的高氮掺杂碳包覆金属硫化物钠二次电池用高容量电极材料，其特征在于：所述步骤（1）中可溶性金属盐为Ni、Co、Fe、Zn、Cu或Mn的硝酸盐、氯化物、硫酸盐中的任意一种，有机配体为间苯二甲酸、对苯二甲酸、均苯三甲酸或柠檬酸；混合溶剂为氮氮-二甲基甲酰胺和丙酮的混合。

3.根据权利要求1所述的高氮掺杂碳包覆金属硫化物钠二次电池用高容量电极材料，其特征在于：所述步骤（1）中可溶性金属盐和有机配体的摩尔比为1：（1-3），反应温度为150-200℃，反应时间为0.5-12h。

4.根据权利要求1所述的高氮掺杂碳包覆金属硫化物钠二次电池用高容量电极材料，其特征在于：所述步骤（2）中保护气为氩气或氮气，碳化温度为400-800℃，煅烧时间为1-4h。

5.根据权利要求1所述的高氮掺杂碳包覆金属硫化物钠二次电池用高容量电极材料，其特征在于：所述步骤（3）中硫化物为硫脲或L-半胱氨酸，碳包覆金属中间体与硫化物的质量比为1：（1-4），保护气为氩气或氮气，煅烧温度为300-600℃，升温速率为1-10℃min^-1，反应时间为1-4h。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高氮掺杂碳包覆金属硫化物钠二次电池用高容量电极材料，其特征在于：所述步骤（1）中金属有机框架前驱体形貌为微米或纳米级结构，粒径为0.5-5μm或1-50 nm，组成是单金属中心或双金属中心异质结构。

7.根据权利要求1-5任一项所述的高氮掺杂碳包覆金属硫化物钠二次电池用高容量电极材料，其特征在于：所述步骤（2）中碳包覆金属中间体为碳包覆单金属中间体或碳包覆双金属中间体，形貌为微米或纳米级结构，粒径为0.5-5 μm或1-50 nm。

8.权利要求7所述的高氮掺杂碳包覆金属硫化物钠二次电池用高容量电极材料制备的电池，其特征在于：电池为可充放室温钠/钠离子电池，包括正极、负极、电解液、隔膜以及外壳，采用所述的高氮掺杂碳包覆金属硫化物高容量钠二次电池电极材料作为钠电池的正极材料，采用金属钠为钠电池的负极材料；采用所述的高氮掺杂碳包覆金属硫化物高容量钠二次电池电极材料作为钠离子电池的负极材料，采用可嵌脱钠的材料作为钠离子电池的正极材料；所述电解液为钠盐溶于有机溶剂中得到，所述钠盐为三氟甲基磺酸钠、高氯酸钠、六氟磷酸钠和硝酸钠中的一种或几种，有机溶剂是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、四乙二醇二甲醚、氟代乙烯碳酸酯、二甘醇二甲醚、1,3-环戊二醇、乙二醇二甲醚和三甘醇二甲醚中的一种或几种；所述隔膜是改性醋酸纤维素隔膜、聚乙烯、聚丙烯微孔膜、玻璃纤维隔膜或它们的复合隔膜。

9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于：所述电池的外壳采用铝壳、铝塑膜、不锈钢及其复合材料，形状是扣式、柱形或方形。