CN107768645B - 一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法 - Google Patents

一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107768645B
CN107768645B CN201710993751.1A CN201710993751A CN107768645B CN 107768645 B CN107768645 B CN 107768645B CN 201710993751 A CN201710993751 A CN 201710993751A CN 107768645 B CN107768645 B CN 107768645B
Authority
CN
China
Prior art keywords
doped carbon
porous nitrogen
carbon nanosheet
nanosheet composite
drying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710993751.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107768645A (zh
Inventor
李莉萍
张丹
徐兴良
李广社
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201710993751.1A priority Critical patent/CN107768645B/zh
Publication of CN107768645A publication Critical patent/CN107768645A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107768645B publication Critical patent/CN107768645B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/626—Metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，公开了一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法，将非离子型聚丙烯酰胺加入去离子水中，完全溶解后搅拌条件下加入硝酸铁，得到的混合溶液水浴加热至粘稠状，烘干，烘干后的产物在惰性气氛下煅烧，最后用去离子水洗涤得到产物。本发明提供的制备方法制得的Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料具有较好的循环稳定性和倍率性能，合成方法简单，成本较低，有望成为一种规模化使用的新型负极材料。

Description

一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法。其中，多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料为新型Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
背景技术
锂离子电池由于具有较高的能量密度、较小的环境污染和寿命长等优点，目前被认为是在便携电子设备里最有前途的能量储存装置。随着社会的发展，需要更高功率密度和能量密度的离子电池，而商业化的石墨负极已经不能满足要求。为了满足社会发展的需求，科学家们正在努力探索先进的替代品来取代石墨负极。近些年，过渡金属氧化物表现出了较高的容量(大约是石墨的2-3倍)引起了科学家们的注意。不幸的是，较差的电导率和充放电过程中较大的体积变化仍然是很严重的问题，这些问题限制了它们的应用。
过渡金属氮化物具有较高的电导率和电化学活性，作为一种新的、有前途的锂离子电池负极材料出现在科学家的眼前。在这些过渡金属氮化物中，由于铁具有无毒、含量丰富、较低的价格等优点，它的的氮化物作为锂电池负极材料表现出了巨大的优势。然而，铁的氮化物作为负极材料由于其在电化学反应过程中较大的体积变化容量衰减很快，限制了它的实际应用。
目前，有两种策略解决上面的问题。一种办法是降低电极活性材料的颗粒尺寸到纳米。活性材料较小的颗粒尺寸可以缩短锂离子扩散路径并增加锂离子扩散动力学，从而有效降低体积变化。另一种方法是将活性材料与碳材料复合，碳材料不仅可以抑制体积膨胀，还可以进一步提高电导率，从而提高电化学性能。但是，由于目前合成氮化物的方法很有限(J.Mater.Chem.A 3(2015)1364–1387)，直接合成较小颗粒尺寸的铁的氮化物与碳材料复合材料是很困难的。最近，科学家报道了长在氧化石墨烯的Fe2N@C微球(Chem.Eur.J.21(2015)3249–3256)和长在碳布上的无粘结剂的Fe2N纳米颗粒(NanoEnergy 11(2015)348–355)作为锂电负极材料，表现出了较好的锂电性能。然而他们的合成方法都比较复杂，而且产物都需要在氨气条件下煅烧才能得到。众所周知，氨气容易泄露造成危险，而且大量未反应的氨气会造成环境污染，这些都很不利于规模化生产。因此，发明一种简单、低价、绿色的的方法来合成具有较小颗粒尺寸的铁的氮化物与碳的复合材料作为锂电负极材料变得尤为重要。
综上所述，现有技术存在的问题是：
现有技术合成方法都比较复杂，而且产物都需要在氨气条件下煅烧才能得到；而且现有技术大量未反应的氨气会造成环境污染，不利于规模化生产；现有技术所得产品稳定性和倍率性能差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法。
本发明是这样实现的，一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的制备方法，所述多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的制备方法包括：
步骤一，将非离子型聚丙烯酰胺，溶于去离子水中，搅拌条件下加入九水合硝酸铁搅拌，90℃水浴条件下搅拌至粘稠状；
步骤二，然后在烘箱中干燥，干燥后的样品在氩气气氛中处理；
步骤三，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中干燥，得到多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
进一步，步骤一中，具体包括：称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g九水合硝酸铁搅拌2小时，70℃-90℃水浴条件下搅拌2h-8h至粘稠状；
步骤二中，在100℃烘箱中干燥4h-24h，干燥后的样品在氩气气氛中500℃-700℃处理1h-4h；
步骤三中，水洗后的样品在真空烘箱中60℃-100℃干燥4h-24h，得到多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
进一步，步骤一中，所述非离子型聚丙烯酰胺与九水合硝酸铁质量比为1：(0.3-3)步。
进一步，步骤一中，将六水合硝酸镍代替九水合硝酸铁，其他条件相同，制得Ni多孔的氮掺杂碳纳米片复合材料。
本发明的另一目的在于提供一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料为Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片锂离子电池负极材料。
本发明的另一目的在于提供制备锂电池的方法包括：
将多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料与20％的导电剂混合，再与含10％的粘结剂的N-甲基吡咯烷酮溶液混合，搅拌均匀后涂在铜箔上，放入真空烘箱中100℃烘干；然后用直径为14mm的切片机切出电极片，放入真空烘箱中80℃干燥6～12h；然后转移到充满氩气的手套箱中，以金属锂片为对电极，聚丙烯多孔膜为隔膜，1mol/L六氟磷酸锂的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液为电解液，组装成扣式电池。
进一步，所述多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料与粘结剂的质量比为7：1，所述多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料与导电剂的质量比为7：2。
进一步，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述导电剂为导电碳黑。
本发明的优点及积极效果为：
基于以上论述，本发明提供一种简单、低价、绿色的方法合成了Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合材料，作为锂电池负极材料，其表现出了较好的稳定性和倍率性能。为铁的氮化物的合成和在锂电池中的应用提供了新的思路。
与现有技术相比，本发明具有如下的收益效果：
本发明通过简单的搅拌、烘干、煅烧、洗涤实现，整个过程比较简单，可控性强，成本低廉，适合工业化生产。
相比其他铁的氮化物合成，本发明使用的氮源是聚丙烯酰胺，相比氨气来说，无污染，安全性高。
本发明制得的新型负极材料首次应用于锂离子电池领域，表现出了优异的循环稳定性能和和倍率性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的制得的新型Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的XRD、Raman、N2吸附及孔分布图。
图中：(a)为XRD图；(b)为拉曼图；(c)为氮气吸附图；(d)为孔径分布图。
图3是本发明实施例提供的制得的新型Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的SEM、TEM、HRTEM图。
图中：(a)、(b)为SEM图；(c)、(d)为TEM图；(e)、(f)为HRTEM图。
图4是本发明实施例提供的制得的新型Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的穆斯堡尔谱。
图5是本发明实施例提供的制得的新型Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及大颗粒的Fe4N的锂电性能图(1C＝200mA g-1)。
图中：(a)是组装成锂离子电池以100mA/g的电流密度，在3～0.01V的电压范围的循环性能图；(b)是不同电流密度下的倍率性能图；(c)是1000mA/g的电流密度下的循环性能图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例提供的多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g九水合硝酸铁搅拌2小时，90℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状；
S102：然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中700℃处理1个小时；
S103：所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料为锂离子电池负极材料。
将六水合硝酸镍代替九水合硝酸铁，其他条件相同，可制得Ni多孔的氮掺杂碳纳米片复合材料。
所述煅烧的条件包括：煅烧温度为500-700℃，煅烧时间为1-4h，所述惰性气氛由氩气、氮气和氦气中的至少一种提供；
所述的水浴条件包括：水浴温度为70-90℃，水浴时间为2-8h；
所述的100℃烘箱中干燥条件包括：干燥时间为4-24h；
所述非离子型聚丙烯酰胺与九水合硝酸铁质量比为1：(0.3-3)。
所述的水洗后样品干燥条件包括：干燥温度为60-100℃，时间为4-24h。
本发明实施例提供的一种Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片锂离子电池负极材料。
在上述所有条件下，用六水合硝酸镍替代九水合硝酸铁，可制得Ni多孔的氮掺杂碳纳米片复合材料。
本发明实施例提供的一种锂电池的制备方法，包括：
本发明的另一目的在于提供制备锂电池的方法包括：
将多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料与20％的导电剂混合，再与含10％的粘结剂的N-甲基吡咯烷酮溶液混合，搅拌均匀后涂在铜箔上，放入真空烘箱中100℃烘干；然后用直径为14mm的切片机切出电极片，放入真空烘箱中80℃干燥6～12h；然后转移到充满氩气的手套箱中，以金属锂片为对电极，聚丙烯多孔膜为隔膜，1mol/L六氟磷酸锂的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液为电解液，组装成扣式电池。
所述多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料与粘结剂的质量比为7：1，所述多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料与导电剂的质量比为7：2。
所述粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述导电剂为导电碳黑。
将本发明的材料与20％的导电剂混合，再与含10％的粘结剂的N-甲基吡咯烷酮溶液混合，搅拌均匀后涂在铜箔上，放入真空烘箱中100℃烘干。然后用直径为14mm的切片机切出电极片，放入真空烘箱中80℃干燥6～12h。然后转移到充满氩气的手套箱中，以金属锂片为对电极，聚丙烯多孔膜为隔膜，1mol/L六氟磷酸锂的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯(体积比为1:1)混合溶液为电解液，组装成CR2025扣式电池，在Neware电池测试***上进行恒流充放电性能测试，充放电截止电压为0.01～3V。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
实施例1
称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g九水合硝酸铁搅拌2小时，90℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状，然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中700度处理1个小时，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到所述Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
实施效果：将本实施例制得的新型Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料组装成电池进行充放电测试，图5(a)是组装成锂离子电池以100mA/g的电流密度，在3～0.01V的电压范围的循环性能图。可以看出其首次放电容量为995，首次可逆容量为577mAh/g，首圈库伦效率为58％,循环稳定性较好。图5(b)是不同电流密度下的倍率性能，在2000mA/g的电流密度下，仍有330mAh/g的容量，倍率性能很好。图5(c)是1000mA/g的电流密度下的循环性能图，可以看出其在大电流密度下仍然表现出了很好的循环性能。
实施例2
称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入0.375g九水合硝酸铁搅拌2小时，90℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状，然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中700度处理1个小时，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到Fe3N/Fe2O3多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
实施效果：将本实施例制得的新型Fe3N/Fe2O3多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料组装成电池进行充放电测试，以100mA/g的电流密度对其进行充放电测试，其首次放电容量为832mAh/g，充电容量为457mAh/g，首次充放电库仑效率为55％，循环100圈后保持放电容量为439mAh/g。
实施例3
称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入1.5g九水合硝酸铁搅拌2小时，90℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状，然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中700度处理1个小时，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
实施效果：将本实施例制得的新型Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料组装成电池进行充放电测试，以100mA/g的电流密度对其进行充放电测试，其首次放电容量为886mAh/g，充电容量为557mAh/g，首次充放电库仑效率为63％，循环100圈后保持放电容量为397mAh/g。
实施例4
称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g六水合硝酸镍搅拌2小时，90℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状，然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中700度处理1个小时，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到所述Ni多孔的氮掺杂碳纳米片复合材料。
实施例5
称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于150mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g九水合硝酸铁搅拌2小时，90℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状，然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中700度处理1个小时，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到所述Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
实施例6
称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于200mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g九水合硝酸铁搅拌2小时，90℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状，然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中700度处理1个小时，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到所述Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
实施例7
称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g九水合硝酸铁搅拌2小时，70℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状，然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中700度处理1个小时，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到所述Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
实施例8
称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g九水合硝酸铁搅拌2小时，80℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状，然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中700度处理1个小时，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到所述Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
实施例9
称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g九水合硝酸铁搅拌2小时，80℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状，然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中500度处理1个小时，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到所述Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
实施例9
称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g九水合硝酸铁搅拌2小时，80℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状，然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中500度处理1个小时，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到所述Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
实施例10
称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g九水合硝酸铁搅拌2小时，80℃水浴条件下搅拌4小时至粘稠状，然后在100℃烘箱中干燥6小时，干燥后的样品在氩气气氛中600度处理1个小时，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中70℃干燥10小时即可得到所述Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
图2是本发明实施例提供的制得的新型Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的XRD、Raman、N2吸附及孔分布图。
图中：(a)为XRD图；(b)为拉曼图；(c)为氮气吸附图；(d)为孔径分布图。
图3是本发明实施例提供的制得的新型Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的SEM、TEM、HRTEM图。
图中：(a)、(b)为SEM图；(c)、(d)为TEM图；(e)、(f)为HRTEM图。
图4是本发明实施例提供的制得的新型Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的穆斯堡尔谱。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的制备方法包括：
步骤一，将非离子型聚丙烯酰胺，溶于去离子水中，搅拌条件下加入九水合硝酸铁搅拌，90℃水浴条件下搅拌至粘稠状；
步骤二，然后在烘箱中干燥，干燥后的样品在氩气气氛中处理；
步骤三，所得产品用去离子水超声并抽滤洗涤，水洗后的样品在真空烘箱中干燥，得到多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料；
所述步骤三中，得到的多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料，为Fe4N/Fe2O3/Fe多孔的氮掺杂碳纳米片锂离子电池负极材料；
利用所述多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料制备锂电池的方法，包括：
将多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料与20％的导电剂混合，再与含10％的粘结剂的N-甲基吡咯烷酮溶液混合，搅拌均匀后涂在铜箔上，放入真空烘箱中100℃烘干；然后用直径为14mm的切片机切出电极片，放入真空烘箱中80℃干燥6～12h；然后转移到充满氩气的手套箱中，以金属锂片为对电极，聚丙烯多孔膜为隔膜，1mol/L六氟磷酸锂的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液为电解液，组装成扣式电池。
2.如权利要求1所述的多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，具体包括：称取1.5g非离子型聚丙烯酰胺，溶于100mL去离子水中，搅拌条件下加入0.75g九水合硝酸铁搅拌2小时，70℃-90℃水浴条件下搅拌2h-8h至粘稠状；
步骤二中，在100℃烘箱中干燥4h-24h，干燥后的样品在氩气气氛中500℃-700℃处理1h-4h；
步骤三中，水洗后的样品在真空烘箱中60℃-100℃干燥4h-24h，得到多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料。
3.如权利要求1所述的多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述非离子型聚丙烯酰胺与九水合硝酸铁质量比为1：(0.3-3)。
4.如权利要求1所述的多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的制备方法，
步骤一中，将六水合硝酸镍代替九水合硝酸铁，其他条件相同，制得Ni多孔的氮掺杂碳纳米片复合材料。
5.如权利要求1所述的多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料与粘结剂的质量比为7：1，所述多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料与导电剂的质量比为7：2。
6.如权利要求5所述的多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述导电剂为导电碳黑。
CN201710993751.1A 2017-11-28 2017-11-28 一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法 Active CN107768645B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710993751.1A CN107768645B (zh) 2017-11-28 2017-11-28 一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710993751.1A CN107768645B (zh) 2017-11-28 2017-11-28 一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107768645A CN107768645A (zh) 2018-03-06
CN107768645B true CN107768645B (zh) 2020-07-14

Family

ID=61269103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710993751.1A Active CN107768645B (zh) 2017-11-28 2017-11-28 一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107768645B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110963477B (zh) * 2019-11-18 2023-04-07 吉林大学 氮掺杂多孔炭材料的制备方法和氮掺杂多孔炭材料
CN111883754A (zh) * 2020-07-21 2020-11-03 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种氮化二铁-有序介孔碳复合材料及其制备方法和应用
CN112768646A (zh) * 2020-12-04 2021-05-07 杭州电子科技大学 自模板法制备锑基合金/氮掺杂碳复合多孔材料的方法及复合多孔材料、应用
CN112864371A (zh) * 2021-04-12 2021-05-28 南阳师范学院 一种三氧化二钒与氮掺杂多孔碳复合负极材料的制备方法
CN113066953B (zh) * 2021-04-26 2022-04-05 肇庆市华师大光电产业研究院 一种锂硫电池正极异质结材料的制备方法
CN113371688A (zh) * 2021-06-07 2021-09-10 南阳师范学院 一种新型氮化铁与多孔碳复合负极材料的制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102110806A (zh) * 2009-12-23 2011-06-29 上海杉杉科技有限公司 一种锂离子电池的负极材料及其制备方法
CN102820465A (zh) * 2012-06-20 2012-12-12 中南大学 聚丙烯酸在制备锂离子电池负极材料纳米铁氧化物/碳复合材料的应用
CN104269566A (zh) * 2014-09-22 2015-01-07 南开大学 一种氮掺杂多孔碳纳米片复合材料的制备方法和应用
CN104993125A (zh) * 2015-05-29 2015-10-21 北京科技大学 一种锂离子电池新型负极材料Fe3O4/Ni/C的制备方法
CN105185994A (zh) * 2015-08-31 2015-12-23 中原工学院 一种掺杂石墨烯的多孔碳/四氧化三铁纳米纤维锂电池负极材料及其制备方法
CN105390672A (zh) * 2015-10-21 2016-03-09 天津大学 三维氮掺杂介孔碳超薄纳米片材料制备方法
CN106811834A (zh) * 2017-01-12 2017-06-09 南开大学 一种柔性三氧化二铁/四氧化三铁与氮掺杂碳复合纳米纤维的制备方法
CN106887576A (zh) * 2017-03-22 2017-06-23 中国科学院理化技术研究所 一种钴氮共掺杂的氮碳材料载体负载的纳米氮化镍铁复合材料及其制备方法和应用
CN107068994A (zh) * 2017-01-17 2017-08-18 陕西科技大学 一种氮掺杂的碳负载氮化铁复合物钠离子电池负极材料的制备方法
CN107275578A (zh) * 2017-07-05 2017-10-20 中国矿业大学 一种采用氮掺杂多孔碳材料制作钾离子电池负极的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4811021B2 (ja) * 2003-12-22 2011-11-09 Ｊｓｒ株式会社 エマルジョン組成物
CN103170324B (zh) * 2011-12-23 2016-09-14 上海杉杉科技有限公司 一种金属氧化物/氮掺杂碳纳米管及其制备方法和应用
TWI625885B (zh) * 2013-01-07 2018-06-01 威廉馬許萊斯大學 用於多孔性矽顆粒生產之經結合之電化學及化學蝕刻方法
CN105375009A (zh) * 2015-11-17 2016-03-02 山东玉皇新能源科技有限公司 一种稳定型氮掺杂碳纳米管与氧化铁复合负极材料及其制备方法
CN107331867B (zh) * 2017-07-05 2020-02-14 中国矿业大学 用作钠离子电池负极的氮掺杂多孔碳材料制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102110806A (zh) * 2009-12-23 2011-06-29 上海杉杉科技有限公司 一种锂离子电池的负极材料及其制备方法
CN102820465A (zh) * 2012-06-20 2012-12-12 中南大学 聚丙烯酸在制备锂离子电池负极材料纳米铁氧化物/碳复合材料的应用
CN104269566A (zh) * 2014-09-22 2015-01-07 南开大学 一种氮掺杂多孔碳纳米片复合材料的制备方法和应用
CN104993125A (zh) * 2015-05-29 2015-10-21 北京科技大学 一种锂离子电池新型负极材料Fe3O4/Ni/C的制备方法
CN105185994A (zh) * 2015-08-31 2015-12-23 中原工学院 一种掺杂石墨烯的多孔碳/四氧化三铁纳米纤维锂电池负极材料及其制备方法
CN105390672A (zh) * 2015-10-21 2016-03-09 天津大学 三维氮掺杂介孔碳超薄纳米片材料制备方法
CN106811834A (zh) * 2017-01-12 2017-06-09 南开大学 一种柔性三氧化二铁/四氧化三铁与氮掺杂碳复合纳米纤维的制备方法
CN107068994A (zh) * 2017-01-17 2017-08-18 陕西科技大学 一种氮掺杂的碳负载氮化铁复合物钠离子电池负极材料的制备方法
CN106887576A (zh) * 2017-03-22 2017-06-23 中国科学院理化技术研究所 一种钴氮共掺杂的氮碳材料载体负载的纳米氮化镍铁复合材料及其制备方法和应用
CN107275578A (zh) * 2017-07-05 2017-10-20 中国矿业大学 一种采用氮掺杂多孔碳材料制作钾离子电池负极的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Binder-free Fe2N nanoparticles on carbon textile with high power density as novel anode for high-performance flexible lithium ion batteries;Muhammad-Sadeeq Balogun 等.;《Nano Energy》;20141115(第11期);第348–355页 *
Nitrogen-Doped porous carbon spheres derived from polyacrylamide;Xiangying Chen 等.;《I&EC research》;20130730;第52卷(第34期);第12025-12031页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107768645A (zh) 2018-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107768645B (zh) 一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法
CN110289416B (zh) 一种钠离子电池负极材料铋钼双金属硫化物的制备方法
CN105742602A (zh) 一种钠离子电池负极用Sn/MoS2/C复合材料及其制备方法
CN105633360B (zh) 无定形态四氧化三铁/石墨烯气凝胶复合材料、制备方法及其应用
CN109167035A (zh) 碳包覆的硫化亚铁负极材料、制备方法及其制备的钠离子电池
CN105428618B (zh) 一种壳核型碳包覆金属硫化物纳米复合粒子的制备方法及其应用
US20220077456A1 (en) Core-shell nickel ferrite and preparation method thereof, nickel ferrite@c material and preparation method and application thereof
CN109755498B (zh) 一种碱性二次电池铁基负极添加剂，制备方法和使用该添加剂的铁基负极板及其应用
CN106505246A (zh) 一种多级多孔结构四氧化三锰/碳纳米片锂离子电池负极材料的制备方法
CN108598450A (zh) 一种CoP/氮掺杂碳/石墨烯纳米复合材料及其制备方法
CN110783581A (zh) 镍基mof/三聚氰胺-石墨烯泡沫可压缩复合材料及其制备方法、应用
CN110627031A (zh) 一种钼掺杂磷化钴碳珊瑚片复合材料的制备方法
CN110021746A (zh) 一种碳包覆三氧化二钒的制备方法和锂离子电池
CN112864371A (zh) 一种三氧化二钒与氮掺杂多孔碳复合负极材料的制备方法
CN109279663B (zh) 一种硼酸盐类钠离子电池负极材料及其制备和应用
CN109286002B (zh) 一种千层树皮生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料及其制备方法
CN108598405B (zh) 一种三维石墨烯氧化锡碳复合负极材料的制备方法
CN108091835B (zh) 铁酸钴负载硫的锂硫电池复合正极材料及其制备方法
CN113371688A (zh) 一种新型氮化铁与多孔碳复合负极材料的制备方法
CN108091874A (zh) 一种用作锂硫电池正极的纳米镍钴硫粒子的制备方法
CN106784750A (zh) 一种TiO/C负极材料及其制备方法和应用
CN110931750A (zh) 一种铜掺杂氧化钴多孔纳米片复合材料及储能应用
CN110683589A (zh) 一种四氧化三钴纳米材料的制备方法
CN110247041A (zh) 一种ZnNiO/C复合纳米材料及其制备方法
CN105552347B (zh) 一种钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant