[发明专利]一种二次电池负极材料富碳型碳氮化物及其制备方法与应用

说明书

本发明属于电化学材料技术领域，具体为一种二次电池负极材料富碳型碳氮化物及其制备方法和应用。本发明的富碳型碳氮化物，其分子结构式为C₆N₃，其中乙炔基两端分别连接相邻1,3,5‑三嗪的2,4,6‑位点，并形成由30个原子组成的有序密排正六边形蜂窝结构。该富碳型碳氮化物由sp和sp²杂化碳及sp²杂化氮组成的二维碳氮化物，其孔容为三嗪环g‑C₃N₄的7.7倍或七嗪环g‑C₃N₄的3.8倍，具有更加开放的孔洞结构，可以促进碱金属离子层间迁移，极大有利于提高二次电池性能。所以该富碳型碳氮化物可以作为二次电池包括锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池的负极材料。

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种富碳型碳氮化物及其制备方法和应用。

背景技术

石墨相碳氮化物（C_xN_y）是一类由碳、氮原子（均为sp²杂化类型）有序排列而成二维材料（如g-C₃N₄、C₃N₅、C₃N₃、C₄N₄、C₃N、C₂N等），其具有高度离域的π共轭体系、独特的周期性孔洞结构、良好的电学、光学和物理化学性质，引起了光催化、电催化、电化学储能等领域研究人员的广泛关注。C_xN_y可用于开发下一代具有高功率和高能量密度的可充电二次电池。

本发明提出一种由sp和sp²杂化碳及sp²杂化氮组成的二维碳氮化物（C₆N₃），其孔容为三嗪环g-C₃N₄的7.7倍或七嗪环g-C₃N₄的3.8倍，更加开放的孔洞结构，可以促进碱金属离子层间迁移，有利于提高二次电池性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电化学性能优异的二次电池负极材料富碳型碳氮化物及其制备方法和应用。

本发明提供的二次电池负极材料富碳型碳氮化物，其分子结构式为C₆N₃，其中，乙炔基两端分别连接相邻1,3,5-三嗪的2,4,6-位点，并形成由30个原子组成的有序密排正六边形蜂窝结构。

本发明提供的富碳型碳氮化物C₆N₃的制备方法，具体步骤为：

（1）称取一定量2,4,6-三卤代-1,3,5-三嗪和碳化钙分散于无水乙醇中，转移至不锈钢球磨罐中，抽真空并充入氩气密封；

（2）将球磨罐置于行星式球磨机中，以500~600转/分钟的速率球磨12~24小时；

（3）将球磨产物在氩气保护下，于400~600℃条件下退火3~5小时；退火产物在0.1~0.15摩尔/升的硝酸溶液中浸洗三次；在60~80℃下真空干燥12~24小时，得到C₆N₃。

上述制备过程中，2,4,6-三卤代-1,3,5-三嗪包括2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪、2,4,6-三溴-1,3,5-三嗪和2,4,6-三碘-1,3,5-三嗪中的一种或多种。

上述制备过程中，2,4,6-三卤代-1,3,5-三嗪和碳化钙的摩尔比为1:1.5~1:10。

上述制备过程中，2,4,6-三卤代-1,3,5-三嗪和碳化钙的总质量与不锈钢球磨珠质量的比为1:30~1:120。

上述制备过程中，无水乙醇的体积为球磨罐容积的5%~15%。