CN106587160A - 碳化二亚胺类化合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电化学电源领域，具体公开了一种碳化二亚胺类化合物及其制备方法和应用，该制备方法包括：(1)使三聚氰胺和含金属元素的盐进行溶剂热反应；(2)对步骤(1)得到的反应产物进行固液分离并将得到的固相在惰性气氛中进行煅烧；其中，金属元素选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。本发明还提供了用于锂离子电池或锂离子电容器的电极材料、一种锂离子电池和一种锂离子电容器，本发明提供的方法生产成本低，方法简单易控，过程简便，易于实现工业化批量生产，并且反应无副产物，将本发明提供的碳化二亚胺类化合物作为负极材料可以有效提高锂离子电池和锂离子电容器的电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及电化学电源领域，具体地，涉及碳化二亚胺类化合物及其制备方法和应用以及一种电极材料、一种锂离子电池和一种锂离子电容器。
背景技术
在全球能源供应不可持续和环境问题的驱使下，绿色可再生能源技术应运而生，并在近些年得到长足发展，与此对应的能源存储和管理也相应地成为实际需求不可避免的技术需求。就目前实际的市场应用而言，锂离子电池和超级电容的应用具有不可替代的地位，而且市场需求还在不断扩张，比如处于移动终端的智能电子设备和电动汽车都需要具备可观的能量密度来保持续航历程和时间的实际需求。快速充电对于生活节奏加快的大众来说尤为重要。因此，对于锂离子电池负极材料而言，在大电流下具有高容量及高循环稳定性非常关键。
目前商业化应用的锂离子电池负极材料主要为石墨，其理论容量只有372mA·h/g，而且使用过程中电解液溶剂分子的嵌入使其发生不可逆的剥离，从而大幅度降低了材料的容量可逆性。而另一种锂离子电池负极材料—过渡金属氧化物，则由于导电性差以及反应中部分产物的循环不可逆使其在电池中的循环稳定性非常差。
对于锂离子电容器，负极材料的工作电压位置对于设计宽工作电压窗口的完整电容器非常关键，比如钛酸锂的对锂电位为1.5V，从而使得电容器的最高工作电压只有2.8V。
为了进一步满足锂离子电池和对锂离子电容器对负极材料的要求，有必要开发出新的具有高比容量和高循环稳定性的负极材料。
目前，关于碳化二亚胺类化合物(也可记为MNCN，M为过渡金属)的报道还较少，在已有的报道中，MNCN的制备方法都比较繁琐，且制备过程中对条件的要求非常苛刻，例如，碳化二亚胺锰(MnNCN)材料的制备过程需要将ZnNCN和ZnCl2在260℃下熔融，加入氯化锰后在500℃的条件下蒸发副产物才能得到目标产物。同样地，对于碳化二亚胺铁(FeNCN)，则需要使用氨气脱气处理的蒸馏水在无氧环境中配制前驱体溶液，在舒伦克瓶中通过向硫酸亚铁氨([(NH4)2Fe(SO4)2]·6H2O)水溶液中通浓氨水先获取氨亚铁络合物([Fe(NH3)6]2+)，再加入氰胺(H2NCN)溶液和浓氨水反应，最后真空去除多余的氨，得到FeNCN产物。鉴于已有制备方法的繁琐和条件的苛刻，对MNCN的应用研究较少，且MNCN常用作半导体材料，少见将其用于锂离子电池和锂离子电容器的负极材料的报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有的MNCN材料制备过程繁琐、锂离子电池和锂离子电容器负极材料的比容量低、循环稳定性差等缺陷，提供一种碳化二亚胺类化合物及其制备方法和应用以及一种电极材料、一种锂离子电池和一种锂离子电容器。
为了实现上述目的，本发明提供了一种碳化二亚胺类化合物的制备方法，其中，该制备方法包括：
(1)使三聚氰胺和含金属元素的盐进行溶剂热反应；
(2)对步骤(1)得到的反应产物进行固液分离并将得到的固相在惰性气氛中进行煅烧；
其中，金属元素选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。
本发明提供的方法与现有技术公开的方法相比，生产成本低，方法简单易控，过程简便，易于实现工业化批量生产，并且反应无副产物。
本发明还提供了由上述方法制备得到的碳化二亚胺类化合物。
通过XRD表征分析，将本发明提供的方法制备得到的碳化二亚胺类化合物XRD图与标准MNCN材料XRD图对比，确定本发明提供的方法制备得到的碳化二亚胺类化合物具有MNCN的结构。
本发明的发明人在研究过程中发现将碳化二亚胺类化合物作为负极材料应用到锂离子电池和锂离子电容器中，能够使得锂离子存储反应过程中化学键断裂和生成的能量降低，进而可以保证电极储能反应中可逆性的提升和对锂电位的降低。因此，本发明还提供了碳化二亚胺类化合物在电极材料中的应用，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。
本发明还提供了用于锂离子电池或锂离子电容器的电极材料，该电极材料包括碳化二亚胺类化合物、导电剂和粘结剂，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。
本发明还提供了一种锂离子电池，其中，所述锂离子电池的负极材料包括碳化二亚胺类化合物，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。
本发明还提供了一种锂离子电容器，其中，所述锂离子电容器的负极材料包括碳化二亚胺类化合物，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。
目前，未见将具有由MnN6八面体组成的二维层面通过C原子层连接形成的交替层结构的材料用于锂离子电池和锂离子电容器的负极材料的报道，本发明首次将具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构的碳化二亚胺类化合物用于锂离子电池和锂离子电容器的负极材料，特别是将本发明提供的碳化二亚胺类化合物应用于锂离子电池和锂离子电容器中，使得锂离子电池比容量高，循环稳定性极好，使得锂离子电容器可实现器件工作电压窗口的宽化，且具有高能量密度和极佳的循环稳定性。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为实施例1制备的碳化二亚胺类化合物的X射线衍射(XRD)图谱；
图2为实施例1中锂离子电池在5A/g下循环特性图；
图3为实施例1中锂离子电容器在电流密度为0.4A/g下的充放电时间-电压曲线；
图4为实施例1中锂离子电容器在5A/g下循环特性图；
图5为实施例3制备的碳化二亚胺类化合物的X射线衍射(XRD)图谱。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供的碳化二亚胺类化合物的制备方法包括：
(1)使三聚氰胺和含金属元素的盐进行溶剂热反应；
(2)对步骤(1)得到的反应产物进行固液分离并将得到的固相在惰性气氛中进行煅烧；
其中，金属元素选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。
本发明提供的方法与现有技术公开的方法相比，生产成本低，方法简单易控，过程简便，易于实现工业化批量生产，并且反应无副产物。
本发明中，三聚氰胺和含金属元素的盐的添加量范围较宽，为了进一步提高碳化二亚胺类化合物作为负极材料的比容量和循环稳定性，优选以1mol的三聚氰胺为基准，所述含金属元素的盐的使用量为0.3-1.2mol，进一步优选为0.7-1.1mol。
在本发明中，只要金属元素选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种即可以实现本发明的目的，但为了进一步提高碳化二亚胺类化合物作为负极材料的比容量和循环稳定性，金属元素优选选自Mn元素或Fe元素。
在本发明中，优选所述含金属元素的盐可以为金属的硝酸盐和/或金属的氯化物，进一步优选为金属的氯化物。
在本发明中，对所述三聚氰胺和含金属元素的盐进行溶剂热反应的方式没有特别的限制，优选溶剂热反应的方式为：将三聚氰胺、有机溶剂和含金属元素的盐混合后进行溶剂热反应。
在本发明中，为了使三聚氰胺、有机溶剂和含金属元素的盐混合均匀，优选混合三聚氰胺、有机溶剂和含金属元素的盐的方式为：先将三聚氰胺和有机溶剂混合，然后将三聚氰胺和有机溶剂的混合物与含金属元素的盐混合。
根据本发明的一种优选实施方式，将三聚氰胺和有机溶剂混合后，搅拌至均匀状态，然后加入含金属元素的盐，搅拌至均匀乳液状态，本发明对所述搅拌的时间没有特别的限制，本领域技术人员能够自行选择。
根据本发明，优选地，三聚氰胺、有机溶剂和含金属元素的盐混合的温度为5-30℃。
本发明中，三聚氰胺、有机溶剂和含金属元素的盐的添加量范围较宽，为了进一步提高碳化二亚胺类化合物作为负极材料的比容量和循环稳定性，优选以1ml的有机溶剂为基准，所述三聚氰胺的使用量为1-10mg，进一步优选为4-6mg。
本发明对所述有机溶剂没有特别的限制，只要能溶解三聚氰胺即可，优选所述有机溶剂选自正烷基酸中的至少一种，进一步优选为正辛酸。
本发明所述溶剂热反应可以为本领域常规进行的任何溶剂热反应，优选所述溶剂热反应在水热釜中进行。
根据本发明的一种优选实施方式，所述溶剂热反应的条件包括：反应温度为120-240℃，反应时间为3-30h；进一步优选反应温度160-200℃，反应时间为6-10h。
在本发明中，对所述固液分离没有特别的限制，可以为本领域常用的各种固液分离，优选采用离心的方式对步骤(1)得到的反应产物进行固液分离，进一步优选待步骤(1)得到的反应产物冷却后再进行固液分离。
在本发明中，优选对固液分离得到的固相进行洗涤和干燥后再进行煅烧。
本发明对洗涤的条件没有特别的限制，优选使用乙醇和/或甲醇洗涤2-3次。
本发明中，所述干燥的条件可选范围较宽，例如，干燥温度可以为50-100℃；干燥时间可以为6-24h。
根据本发明的一种优选实施方式，所述煅烧的条件包括：煅烧温度为200-600℃，煅烧时间为0.5-6h，进一步优选煅烧温度为300-600℃，煅烧时间为2-4h。
在本发明中，所述煅烧在在惰性气氛下进行，对惰性气氛的流量没有特别的限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，例如可以为50-200sccm，进一步优选为100-150sccm。
在本发明中，所述惰性气氛优选选自氮气、氩气、氦气和氖气中的至少一种，最优选为氮气。
在本发明中，所述煅烧可以在气氛炉中进行。
本发明还提供了由上述方法制备得到的碳化二亚胺类化合物。
上述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，与中心金属阳离子配位的N具有较小的Pauling电负性，所以化学键中共价键的比例上升。
本发明还提供了碳化二亚胺类化合物在电极材料中的应用，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。在优选情况下，所述碳化二亚胺类化合物为本发明提供的碳化二亚胺类化合物。
本发明还提供了一种电极材料，该电极材料包括碳化二亚胺类化合物、导电剂和粘结剂，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。
根据本发明的电极材料，优选地，所述碳化二亚胺类化合物为前述本发明提供的碳化二亚胺类化合物。
在本发明中，所述导电剂和粘结剂可以为本领域常用的各种导电剂和粘结剂，对其没有特殊的限制。
优选地，所述导电剂为乙炔黑。
优选地，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠和/或聚偏氟乙烯。
本发明对电极材料中碳化二亚胺类化合物、导电剂和粘结剂的比例没有特别的限制，优选地，碳化二亚胺类化合物、导电剂和粘结剂的质量比为＝(7-8)：(1-2)：1。
本发明还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池的负极材料包括碳化二亚胺类化合物，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。
根据本发明的锂离子电池，优选地，所述碳化二亚胺类化合物为前述本发明提供的碳化二亚胺类化合物。
本发明还提供了一种锂离子电容器，所述锂离子电容器的负极材料包括碳化二亚胺类化合物，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。
根据本发明的锂离子电容器，优选地，所述碳化二亚胺类化合物为前述本发明提供的碳化二亚胺类化合物。
具有由MN6(其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种)八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成的交替层结构的碳化二亚胺类化合物可以作为锂离子电池的负极材料，将其应用到锂离子电池中，可以有效提高锂离子电池的性能，使得锂离子电池具有较高的放电比容量和较好的循环性能，优选情况下，将本发明提供的碳化二亚胺类化合物应用于锂离子电池中时，可以进一步提高锂离子电池放电比容量和循环性能。
具有由MN6(其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种)八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成的交替层结构的碳化二亚胺类化合物，特别是本发明提供的碳化二亚胺类化合物可以作为锂离子电容器的负极材料，将其应用到锂离子电容器中，可以有效提高锂离子电容器的性能，可实现器件工作电压窗口的宽化，且使得锂离子电容器具有高能量密度和极佳的循环稳定性。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
(1)称取0.3g三聚氰胺与60ml正辛酸混合，在温度为25℃的通风橱中搅拌12小时，然后加入0.3g无水氯化锰，继续搅拌12小时，将得到的混合物盛放到100ml的水热釜中，在160℃下进行溶解热反应10h；
(2)待步骤(1)得到的反应产物自然冷却后，进行离心，然后用乙醇洗涤2次，在60℃干燥10h，将得到的固体物质放置在氮气气氛炉中煅烧，氮气流量为100sccm，煅烧温度为600℃，煅烧时间为2h，得到碳化二亚胺锰。
如图1所示，将制得的碳化二亚胺锰与MnNCN的标准XRD图谱对照可知，本申请制得的化合物为MnNCN，并且为纯相。
将制得的MnNCN应用于锂离子电池中，并进行电化学性能测试：
将MnNCN作为锂离子电池负极材料与乙炔黑、PVDF按照7：2：1的质量比混合制备成电极膜，以体积比为1：1：1的碳酸乙烯酯-碳酸二甲酯-碳酸二乙酯溶解的LiPF6(1mol/L)为电解液，在充满氩气的手套箱里组装成扣式CR2032半电池，其中手套箱里的水含量和氧含量均低于1ppm，进行充放电测试。
测试结果显示，以MnNCN为负极材料的锂离子电池在电流密度为0.1A/g下放电比容量为815.5mA·h/g；在电流密度为5A/g下放电比容量为385mA·h/g；锂离子电池在5A/g的大电流密度下循环充放电500次后，锂离子电池的放电比容量没有衰减(如图2所示)，库伦效率维持在100％。
将本实施例中制得的MnNCN应用于锂离子电容器中，并进行电化学性能测试：
将MnNCN作为锂离子电容器负极材料与乙炔黑、PVDF按照8：1：1的质量比混合制备成电极膜，以体积比为1：1：1的碳酸乙烯酯-碳酸二甲酯-碳酸二乙酯溶解的LiPF6(1mol/L)为电解液，活性炭为正极材料，在充满高纯氩气的手套箱里组装成扣式电容，其中手套箱里的水含量和氧含量均低于1ppm，进行充放电测试。
测试结果如下：
图3为以MnNCN为负极材料的锂离子电容器在电流密度为0.4A/g下的充放电时间-电压曲线，从图中可以看出其工作电压区间为0.1-4.0V，由于电容器的能量密度和工作电压的平方成正比，所以电压的提升可以大幅度增加器件的储能密度；锂离子电容器在电流密度为0.2A/g下放电比容量为325mA·h/g；在电流密度为1.6A/g下放电比容量为209mA·h/g；锂离子电容器在5A/g的大电流密度下循环充放电5000次后，锂离子电容器的放电比容量没有衰减(如图4所示)，库伦效率维持在100％。
实施例2
(1)称取0.4g的三聚氰胺与70ml正辛酸混合，在温度为25℃的通风橱中搅拌12小时，然后加入0.35g无水氯化锰，继续搅拌12小时，将得到的混合物盛放到100ml的水热釜中，在200℃下进行溶解热反应8h；
(2)待步骤(1)得到的反应产物自然冷却后，进行离心，然后用乙醇洗涤2次，在60℃干燥10h，将得到的固体物质放置在氮气气氛炉中煅烧，氮气流量为100sccm，煅烧温度为500℃，煅烧时间为4h，得到MnNCN。
制得的碳化二亚胺锰与实施例1制得的碳化二亚胺锰具有相似的XRD图谱。
将制得的MnNCN分别应用于锂离子电池和锂离子电容器中，进行和实施例1相同的电化学性能测试：
测试结果显示，以MnNCN为负极材料的锂离子电池在电流密度为0.1A/g下放电比容量为795mA·h/g；在电流密度为5A/g下放电比容量为370mA·h/g；锂离子电池在5A/g的大电流密度下循环充放电500次后，锂离子电池的放电比容量没有衰减，库伦效率维持在100％；以MnNCN为负极材料的锂离子电容器在电流密度为0.4A/g下的工作电压区间为0.1-4.0V，锂离子电容器在电流密度为0.2A/g下放电比容量为329mA·h/g，在电流密度为1.6A/g下放电比容量为215mA·h/g，锂离子电容器在5A/g的大电流密度下循环充放电5000次后，锂离子电容器的放电比容量没有衰减，库伦效率维持在100％。
实施例3
(1)称取0.3g三聚氰胺与70ml正辛酸混合，在温度为25℃的通风橱中搅拌12小时，然后加入0.32g无水氯化亚铁，继续搅拌12小时，将得到的混合物盛放到100ml的水热釜中，在180℃下进行溶解热反应6h；
(2)待步骤(1)得到的反应产物自然冷却后，进行离心，然后用乙醇洗涤2次，在80℃干燥8h，将得到的固体物质放置在氮气气氛炉中煅烧，氮气流量为150sccm，煅烧温度为300℃，煅烧时间为3h，得到FeNCN。
如图5所示，将制得的FeNCN与文献(Liu X,Stork L,Speldrich M,et al.FeNCN and Fe(NCNH)2:Synthesis,Structure,and Magnetic Properties of aNitrogen-Based Pseudo-oxide and-hydroxide of Divalent Iron[J].Chemistry-AEuropean Journal,2009,15(7):1558–1561.)中FeNCN的XRD图谱对照可知，本实施例制得的FeNCN为纯相。
将制得的FeNCN分别应用于锂离子电池和锂离子电容器中，进行和实施例1相同的电化学性能测试：
测试结果显示，以FeNCN为负极材料的锂离子电池在电流密度为0.1A/g下放电比容量为760mA·h/g；在电流密度为5A/g下放电比容量为350mA·h/g；锂离子电池在5A/g的大电流密度下循环充放电500次后，锂离子电池的放电比容量没有衰减，库伦效率维持在100％；以FeNCN为负极材料的锂离子电容器在电流密度为0.4A/g下的工作电压区间为0.1-4.0V，锂离子电容器在电流密度为0.2A/g下放电比容量为330mA·h/g，在电流密度为1.6A/g下放电比容量为210mA·h/g，锂离子电容器在5A/g的大电流密度下循环充放电5000次后，锂离子电容器的放电比容量没有衰减，库伦效率维持在100％。
实施例4
采用实施例1相同的制备方法，不同的是步骤(1)使用0.3g无水氯化亚钴替换0.3g无水氯化锰，制得CoNCN。
将制得的CoNCN分别应用于锂离子电池和锂离子电容器中，进行和实施例1相同的电化学性能测试：
测试结果显示，以CoNCN为负极材料的锂离子电池在电流密度为0.1A/g下放电比容量为625mA·h/g；在电流密度为5A/g下放电比容量为276mA·h/g；锂离子电池在5A/g的大电流密度下循环充放电500次后，锂离子电池的放电比容量只有轻微的衰减，库伦效率维持在100％；以CoNCN为负极材料的锂离子电容器在电流密度为0.4A/g下的工作电压区间为0.1-4.0V，锂离子电容器在电流密度为0.2A/g下放电比容量为236mA·h/g，在电流密度为1.6A/g下放电比容量为172mA·h/g，锂离子电容器在5A/g的大电流密度下循环充放电5000次后，锂离子电容器的放电比容量只有轻微的衰减，库伦效率维持在100％。
实施例5
采用实施例1相同的制备方法，不同的是步骤(1)溶剂热反应的温度为240℃，反应时间为4h，制得MnNCN。
将制得的MnNCN分别应用于锂离子电池和锂离子电容器中，进行和实施例1相同的电化学性能测试：
测试结果显示，以MnNCN为负极材料的锂离子电池在电流密度为0.1A/g下放电比容量为637mA·h/g；在电流密度为5A/g下放电比容量为261mA·h/g；锂离子电池在5A/g的大电流密度下循环充放电500次后，锂离子电池的放电比容量只有轻微的衰减，库伦效率维持在100％；以MnNCN为负极材料的锂离子电容器在电流密度为0.4A/g下的工作电压区间为0.1-4.0V，锂离子电容器在电流密度为0.2A/g下放电比容量为265mA·h/g，在电流密度为1.6A/g下放电比容量为213mA·h/g，锂离子电容器在5A/g的大电流密度下循环充放电5000次后，锂离子电容器的放电比容量只有轻微的衰减，库伦效率维持在100％。
从以上实施例1-5可以看出，本发明提供的碳化二亚胺类化合物的制备方法生产成本低，方法简单易控，过程简便，易于实现工业化批量生产，并且反应无副产物。制得的碳化二亚胺类化合物具有MNCN的结构，将其应用到锂离子电池或锂离子电容器中作为负极材料，在优选实施方式中，能够使得锂离子电池在0.1A/g下放电比容量高达815.5mA·h/g，并且在5A/g大电流密度下循环500次无衰减；锂离子电容器的工作电压窗口范围为0.1-4.0V，并且在5A/g大电流密度下循环5000次无衰减。特别地，比较实施例1、2、3与实施例4可以看出，当M元素为Mn元素或Fe元素时，将制得的碳化二亚胺类化合物应用到锂离子电池或锂离子电容器中作为负极材料，可以更有效地提高锂离子电池或锂离子电容器的电化学性能；比较实施例1、2、3和实施例5可以看出，当溶剂热反应温度在160-200℃时，将制得的碳化二亚胺类化合物应用到锂离子电池或锂离子电容器中作为负极材料，可以更有效地提高锂离子电池或锂离子电容器的电化学性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种碳化二亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
(1)使三聚氰胺和含金属元素的盐进行溶剂热反应；
(2)对步骤(1)得到的反应产物进行固液分离并将得到的固相在惰性气氛中进行煅烧；
其中，金属元素选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以1mol的三聚氰胺为基准，所述含金属元素的盐的使用量为0.3-1.2mol，优选为0.7-1.1mol。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，
所述金属元素选自Mn元素或Fe元素；
和/或，所述含金属元素的盐为金属的硝酸盐和/或金属的氯化物，优选为金属的氯化物。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，溶剂热反应的方式为：将三聚氰胺、有机溶剂和含金属元素的盐混合后进行溶剂热反应；
优选地，混合三聚氰胺、有机溶剂和含金属元素的盐的方式为：先将三聚氰胺和有机溶剂混合，然后将三聚氰胺和有机溶剂的混合物与含金属元素的盐混合；
优选地，以1ml的有机溶剂为基准，所述三聚氰胺的使用量为1-10mg；
优选地，所述有机溶剂选自正烷基酸，优选为正辛酸；
优选地，溶剂热反应的条件包括：反应温度为120-240℃；反应时间为3-30h。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述煅烧的条件包括：煅烧温度为200-600℃，优选为300-600℃；煅烧时间为0.5-6h，优选为2-4h。
6.由权利要求1-5中任意一项所述的制备方法制备得到的碳化二亚胺类化合物。
7.碳化二亚胺类化合物在电极材料中的应用，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种；
优选地，所述碳化二亚胺类化合物为权利要求6所述的碳化二亚胺类化合物。
8.一种电极材料，其特征在于，该电极材料包括碳化二亚胺类化合物、导电剂和粘结剂，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种；
优选地，所述碳化二亚胺类化合物为权利要求6所述的碳化二亚胺类化合物；
优选地，所述导电剂为乙炔黑；
优选地，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠和/或聚偏氟乙烯。
9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的负极材料包括碳化二亚胺类化合物，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种；
优选地，所述碳化二亚胺类化合物为权利要求6所述的碳化二亚胺类化合物。
10.一种锂离子电容器，其特征在于，所述锂离子电容器的负极材料包括碳化二亚胺类化合物，所述碳化二亚胺类化合物具有由MN6八面体组成的二维层面，且该二维层面通过C原子层连接形成交替层结构，其中，M选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素中的至少一种；
优选地，所述碳化二亚胺类化合物为权利要求6所述的碳化二亚胺类化合物。
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