[发明专利]一种金属氮化物负载氮掺杂碳网络结构的复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种金属氮化物负载氮掺杂碳网络结构的复合材料及其制备方法和应用，属于网络结构的复合材料技术领域。本发明提供了一种金属氮化物负载氮掺杂碳网络结构的复合材料，该复合材料包括金属氮化物和氮掺杂碳网络结构，其中氮掺杂碳网络结构具有丰富的多层级孔道结构和较高的比表面积；金属氮化物具有较高的电子电导，能够促进电子的转移，提升电极的反应动力学，提高电池的倍率性能。本发明的复合材料在电化学储能器件中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于网络结构的复合材料技术领域，涉及一种金属氮化物负载氮掺杂碳网络结构的复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济和科学技术的飞速发展，电池已经成为人类社会生活中必不可少的能量载体。如今，动力电池、消费类电池等终端产品对高能量密度的需求日益增强。锂(钠、钾)-硫(硒、碲)等二次电池是非常有潜力的下一代高能量密度电池，逐渐成为电化学领域的一个研究热点。但是，目前这些电池体系存在活性材料电子电导差、反应动力学低、溶解穿梭严重、库伦效率低、容量衰减快、活性物质负载量低等诸多问题。

因此需要研究新的电池体系活性材料，作为原材料参与到电化学储能器件的电极材料，从而改善电化学储能器件的电化学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种金属氮化物负载氮掺杂碳网络结构的复合材料；本发明的目的之二在于提供一种金属氮化物负载氮掺杂碳网络结构的复合材料的制备方法；本发明的目的之三在于提供一种金属氮化物负载氮掺杂碳网络结构的复合材料在电化学储能器件中的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种金属氮化物负载氮掺杂碳网络结构的复合材料，所述复合材料包括金属氮化物和氮掺杂碳网络结构；

按照质量分数计，所述金属氮化物的含量为1～50％；

所述氮掺杂碳网络结构包含碳元素和氮元素，由一维或二维结构单元交叉组合排列得到的、具有孔道结构的材料。

优选的，所述氮掺杂碳网络结构中氮元素的含量为1～50％；所述氮掺杂碳网络结构中还含有氧、磷、氟、硼、羟基或羧基中的任意一种或几种。

优选的，所述金属氮化物包括锂、钠、钾、镁、铝、钛、钽、钒、锰、铁、钴、镍、铜或锌元素中的任意一种或几种与氮原子形成的化合物。

进一步优选的，所述金属氮化物包括氮化锂、氮化钠、氮化镁、氮化铝、氮化钛、氮化钽、氮化钒、氮化锰、氮化铁、氮化钴、氮化镍、氮化铜或氮化锌中的任意一种或几种。

2.上述复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

按照1:10～10:1的摩尔比将生物质材料与前驱体化合物混合，依次通过浸渍、抽滤、在80～200℃下水热反应和在-196℃以下的液氮中进行冷冻干燥12～24h的方式复合在一起，然后在空气、O₂、N₂、Ar、H₂或NH₃中的任意一种或几种形成的气氛下经过高温热处理得到。

优选的，所述生物质材料为香蕉皮、柚子皮、细菌纤维素、玉米秸秆、椰子壳、木头或竹炭中的任意一种或几种；

所述前驱体化合物为金属氧化物、金属氢氧化物、层状金属双氢氧化物、金属氯化物、金属硝酸盐或金属硫酸盐中的任意一种；

所述前驱体化合物中金属为锂、钠、钾、镁、铝、钛、钽、钒、锰、铁、钴、镍、铜或锌中的任意一种或几种；

所述层状金属双氢氧化物中含有两种或两种以上的不同金属元素，由主层和层间的阴离子及水分子相互交叠构成。

3.上述复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：