一种氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料及其制备方法技术

技术编号：42841321 阅读：10 留言：0更新日期：2024-09-27 17:13

本发明专利技术公开了一种氮掺杂的碳‑二硫化钼电极材料及其制备方法，制备方法包括如下步骤：（1）制备氧化沥青；（2）将步骤（1）得到的氧化沥青、碱性化合物、四硫代钼酸铵混合均匀进行反应，经洗涤和干燥后得到电极材料前体；（3）将步骤（2）得到的电极材料前体与含碳气氛接触进行反应，反应后得到电极材料。还提供一种采用上述制备方法得到的氮掺杂的碳‑二硫化钼电极材料。本发明专利技术制备方法工艺简单，制备的材料用作钠离子电池负极具有较高的储钠容量。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学领域，涉及一种储能材料及其制法，特别是涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法。

技术介绍

1、随着现代经济社会的飞速发展，对于能源的需求量也越来越大，但是化石能源储量有限，且使用中会带来一定的环境问题，因此来源丰富环境友好的可再生能源近年来发展迅速且所占比重逐年增大，但可再生能源发电不稳定，需要耦合规模化储能来稳定系统消纳。二次电池中的钠离子电池具有低成本、高安全性等优点，有望在今后大规模储能和低速交通领域发挥重要作用，但钠离子电极电势较高，半径较大，常规的石墨负极钠离子难以嵌入脱出，需要开发高性能的钠电负极材料。

2、钠离子电池负极材料主要分为嵌入型、合金形和转化型几类，嵌入型主要指无定型碳材料，具有储钠电位低，体积形变小，循环性好等优点，但储钠容量有限。二硫化钼具有独特二维层状结构，用作负极材料时比容量高，但导电性较差，且在充放电过程中体积变化明显，容量衰减快，首周库伦效率低。

3、专利cn201910019957.3公开了一种具有长寿命少层复合钠离子电池负极材料的制备，将小球藻和钼源加入到水溶液中，搅拌后离心烘干，通煅烧硫化制得少层二硫化钼/小球藻衍生碳复合材料。

4、专利cn202111325753.6公开了一种一种限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料及其制备方法，将碳基纳米笼和硫钼前驱体溶液混合，得到笼内填充有硫钼前驱体的碳基纳米笼，再进行煅烧，得到限阈结构二硫化钼@碳基纳米笼复合材料，可用于钠电负极材料。

技术实现思路

1、本专利技术提供一种氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料及其制备方法，首次提供一种以沥青和四硫代钼酸铵为原料制备氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的方法，所述制备方法工艺简单，作为钠离子电池负极材料使用时性能大幅提高。

2、本专利技术第一方面提供了一种氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，包括如下步骤：

3、（1）制备氧化沥青；

4、（2）在接触条件下，将步骤（1）得到的氧化沥青、碱性化合物、四硫代钼酸铵混合均匀进行反应，反应产物经洗涤和干燥后得到电极材料前体；

5、（3）将步骤（2）得到的电极材料前体与含碳气氛接触进行反应，反应后得到电极材料。

6、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，步骤（1）中制备氧化沥青的过程为在含氧气氛存在条件下，对沥青进行氧化处理，处理后得到氧化沥青。

7、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，沥青为煤沥青、石油沥青中的至少一种。

8、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，氧化处理温度为300～500℃，优选为300～400℃；氧化处理的时间为0.5～20 h，优选为1～10h。

9、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，含氧气氛为氧气、空气、氧气与惰性气氛的混合气体中的一种或几种，所述的惰性气氛可以为氮气和/或惰性气体。

10、上述碳-二硫化钼复合材料的制备方法中，步骤（2）中的碱性化合物可以选自于氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钙中的至少一种，优选为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾中的至少一种。

11、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，步骤（2）中氧化沥青、碱性化合物和四硫代钼酸铵以重量计的比例为1：0.1～5：0.1～5，优选为1：0.2～3：0.2～3。

12、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，步骤（2）中的反应在惰性气氛存在条件下进行，惰性气氛为氮气和/或惰性气体中的一种或几种，优选为氮气；所述惰性气体为氦气、氩气中的一种或几种。

13、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，步骤（2）中的反应温度为700～1100℃，优选为800～1000℃，反应时间为0.1～6h，优选为0.3～4h。

14、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，步骤（2）中反应过程中的加热方式优选采用微波加热。

15、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，步骤（2）中的洗涤一般为用水进行洗涤，通常要求用水洗涤至滤液ph值呈中性；洗涤时的温度一般为25～100℃，优选为25～80℃。如可以采用温度为25～100℃，优选为25～80℃的热水进行洗涤。

16、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，步骤（2）所述干燥过程可以是常压干燥或者也可以是真空干燥；所述的干燥温度为70～250℃，优选为100～150℃；所述的干燥时间为3～48h，优选为6～24h。

17、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，步骤（3）中的含碳气氛为碳源与惰性气氛的混合气，混合气中碳源体积含量为1%～100%，其中碳源可以选自于甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、苯蒸气、甲苯蒸气中的一种或几种，优选为甲烷；惰性气氛为氮气或惰性气体中的至少一种。

18、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，步骤（3）中的反应温度为800～1200℃，优选为900～1100℃，反应时间为1～10h，优选为1～6h。

19、上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法中，含碳气氛中碳源流量为5～100ml/（min*g电极材料前体），优选为10～50 ml/（min*g电极材料前体）。

20、本专利技术第二方面提供一种采用上述制备方法得到的氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料。

21、本专利技术第三方面提供了一种上述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料在钠离子电池中的应用。

22、与现有技术相比，本专利技术提供的氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料及其制备方法具有如下优点：

23、1、本专利技术提供一种以沥青和四硫代钼酸铵为原料制备氮掺杂的碳-二硫化钼复合材料的方法，不仅为沥青提供了一种高附加值利用途径，而且大幅降低了电极材料的生产成本。

24、2、本专利技术提供的氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料制备方法中，首先将沥青进行氧化交联处理得到氧化沥青，可以提高电极材料的碳收率。氧化沥青、碱性化合物与四硫代钼酸铵一起进行反应时，采用微波加热迅速升至反应温度，碱性化合物进行造孔，同时四硫代钼酸铵随着熔融的碱性化合物进入到碳的孔道中去，并原位分解生成二硫化钼和氨气，分解生成的二硫化钼也随之进入碳的孔道中去，产生的氨气一方面可以进一步造孔，降低碱性化合物用量，同时在反应条件下，产生的氨气可以对材料进行氮掺杂，增加材料的导电性，增强负极材料表面化学活性。之后再与含碳气氛接触进行反应，可以将二硫化钼封闭到孔道中，封闭的孔结构抑制了材料使用过程中二硫化钼的结构变化体积膨胀，同时闭合孔的结构也减少了sei膜的形成，制备的材料用作钠离子电池负极具有较高的储钠容量。

25、实施方式

26、下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的
技术实现思路
和技术效果，但不因此限制本专利技术。

27、本专利技术实施例和比较例中，电化学性能评价采用扣式电池进行。具体评价过程如下：

28、本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中制备氧化沥青的过程为在含氧气氛存在条件下，对沥青进行氧化处理，处理后得到氧化沥青。

3.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：沥青为煤沥青、石油沥青中的至少一种。

4.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：氧化处理温度为300～500℃，优选为300～400℃；氧化处理的时间为0.5～20 h，优选为1～10h。

5.根据权利要求2所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：含氧气氛为氧气、空气、氧气与惰性气氛的混合气体中的一种或几种，所述的惰性气氛可以为氮气和/或惰性气体。

6.上述碳-二硫化钼复合材料的制备方法中，步骤（2）中的碱性化合物选自于氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钙中的至少一种，优选为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾中的至少一种。

7.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-

8.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的反应在惰性气氛存在条件下进行，惰性气氛为氮气和/或惰性气体中的一种或几种，优选为氮气；所述惰性气体为氦气、氩气中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的反应温度为700～1100℃，优选为800～1000℃，反应时间为0.1～6h，优选为0.3～4h。

10.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中反应过程中的加热方式优选采用微波加热。

11.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）的干燥温度为70～250℃，优选为100～150℃；干燥时间为3～48h，优选为6～24h。

12.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中的含碳气氛为碳源与惰性气氛的混合气，混合气中碳源体积含量为1%～100%，其中碳源可以选自于甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、苯蒸气、甲苯蒸气中的一种或几种，优选为甲烷；惰性气氛为氮气或惰性气体中的至少一种。

13.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中的反应温度为800～1200℃，优选为900～1100℃，反应时间为1～10h，优选为1～6h。

14.一种采用权利要求1-13中任一权利要求所述制备方法得到的氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料。

15.一种权利要求14所述的氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料在钠离子电池中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：沥青为煤沥青、石油沥青中的至少一种。

7.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中氧化沥青、碱性化合物和四硫代钼酸铵以重量计的比例为1：0.1～5：0.1～5，优选为1：0.2～3：0.2～3。

8.根据权利要求1所述氮掺杂的碳-二硫化钼电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的反应在惰性气氛存在条件下进行，惰性气氛为氮气和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡海乐，张舒冬，曲靖雯，宋永一，颜冬，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

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