CN107093723A - 一种n/s双掺杂的金属碳复合物材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备方法，包括一个制备有机络合物材料的步骤；将双硫腙溶解在乙醇中，然后加入金属原子前躯体，双硫腙有机配体和金属原子前躯体的摩尔比为1~4:1,所述的混合溶液在30~85℃的温度下搅拌，然后干燥；一个制备N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备步骤，将干燥后得到的有机络合物放在管式炉中，在氮气的条件下400~900oC保温1~12小时，然后降到室温，再进行行酸洗，最后按材料和氢氧化钾的质量比为1:2~6进行活化，再去离子水洗至中性，即得到N/S双掺杂的金属碳复合物材料。本发明结合金属、碳和杂原子之间的强氧化桥效应，有效的提高金属碳复合材料的电化学性能。

Description

一种N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料学领域，涉及一种锂离子电池负极材料，具体来说是一种N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备方法。
背景技术
电动汽车和便携式电子设备的迅猛发展对配套电源锂离子电池的性能提出了更加严格苛刻的要求，从而推动了新型锂离子电池负极材料的研制。金属氧化物以理论容量高、循环性能好、安全性高等优点成为理想的负极材料。但是，在放电过程中金属氧化物电极材料会产生较大的体积膨胀，导致电极粉化和微结构的严重破坏，进而造成容量的迅猛衰减。针对这些问题，人们釆用各种各样的方法来改进金属氧化物负极材料的电化学性能，如构建纳米复合材料、构筑特定的纳米结构和引入碳材料等，已经取得了很大的进展。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备方法，所述的这种N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备方法明显改善了锂离子电池循环稳定性较差的问题。
本发明提供了一种N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备方法，包括如下步骤：
1) 一个制备有机络合物材料的步骤；将双硫腙溶解在乙醇中，然后加入金属原子前躯体，所述的双硫腙有机配体和金属原子前躯体的摩尔比为1~6:1，所述的金属原子前躯体为硝酸钴、硝酸镍或硝酸锌，将所述的混合溶液在20~80℃的温度下搅拌，然后放在60~120℃的鼓风干燥箱中干燥；
2) 一个制备N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备步骤，将干燥后得到的有机络合物放在管式炉中，在氮气的条件下，400~900℃保温1~3小时，升温速率为1~10℃/min，降到室温，用0.5~6mol/L的盐酸进行酸洗，最后按有机络合物和氢氧化钾的质量比为1:2~5进行活化，活化后的样品用去离子水洗至中性，即得到N/S双掺杂的金属碳复合物材料。
进一步的，在所述的N/S双掺杂的金属碳复合物材料中，S原子掺杂量为3~5wt%。
进一步的，在所述的N/S双掺杂的金属碳复合物材料中，N原子掺杂量为3~5wt%。
进一步的，在所述的N/S双掺杂的金属碳复合物材料中，各种元素分布都均匀分布。
通过测试表征得到，N和S元素有效的掺杂在金属碳复合材料中，同时可以实现多种元素共同掺杂，本发明结合金属、碳和S/N之间的相互作用形成强氧化桥作用，从而有效的提高金属碳复合材料作为锂离子电池负极材料的循环稳定。
本发明与现有技术相比，其技术进步是显著的。本发明以氮、硫掺杂金属碳复合材料，形貌特征呈均匀规则，钴、氮、硫和碳原子均匀的分布在材料上。并且制备工艺简单，具有较高的科研价值。
附图说明
图1为实施例1所得N/S双掺杂的金属碳复合物材料的SEM图；a~d为N/S双掺杂的金属碳复合物材料在不同分辨率下的SEM，其展示出成功制备出薄片层的N/S双掺杂的金属碳复合材料。
图2为实施例1所得的N/S双掺杂的金属碳复合物材料的TEM、SAED和EDS图，可以得出碳、氮、氧、硫、钴分布较为均匀。
图3为实施例1所得N/S双掺杂的金属碳复合物材料XPS的全谱。
图4为制备N/S双掺杂的金属碳复合物材料的前驱物和最终样品的一些表征，a为中间产物和最终样品的XRD，b为中间产物的热重图，c中间产物和最终样品的红外光谱图，d中间产物和最终样品的拉曼光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种N/S双掺杂的金属碳复合物材料，含有Co、C、N、S、O元素。
上述的N/S双掺杂的金属碳复合物材料制备方法，具体包括以下步骤：
1)一个制备有机络合物材料的步骤；将双硫腙溶解在乙醇中，然后加入金属原子前躯体，所述的双硫腙有机配体和金属原子前躯体的摩尔比比为2:1，所述的金属原子为钴，将所述的混合溶液放在搅拌台上45度搅拌30min，然后放在60度的鼓风干燥箱中干燥；
2)一个制备N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备步骤，将干燥后得到的有机络合物放在管式炉中，在氮气的条件下，600度保温两小时，升温速率为1℃/min，自然降到室温，用1mol的盐酸进行酸性，最后按材料和氢氧化钾的质量比为1:3进行活化，活化后的样品用去离子水洗至中性，即得到最终所需样品。
实施例2
将得到的N/S双掺杂的金属碳复合材料制备成电极片
1）将制备出的活性材料、乙炔黑和粘结剂按质量比8:1:1研磨成浆。
2）将浆液拉磨在铜箔上，80度真空干燥一夜。
实施例3
将得到的N/S双掺杂的金属碳复合材料进行电化学性能测试
1）烘干的电极材料裁剪成片，选用2032的电池壳在手套箱中进行组装。
2）组装好的电池晾置一夜后，用蓝点进行电化学性能测试。

Claims (4)

1.一种N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）一个制备有机络合物材料的步骤；将双硫腙溶解在乙醇中，然后加入金属原子前躯体，所述的双硫腙有机配体和金属原子前躯体的摩尔比为1~6:1，所述的金属原子前躯体为硝酸钴、硝酸镍或硝酸锌，将所述的混合溶液在20~80℃的温度下搅拌，然后放在60~120℃的鼓风干燥箱中干燥；
2）一个制备N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备步骤，将干燥后得到的有机络合物放在管式炉中，在氮气的条件下，400~900℃保温1~12时，升温速率为1~10℃/min，降到室温，用0.5~6mol/L的盐酸进行酸洗，最后按有机络合物和氢氧化钾的质量比为1:2~6进行活化，活化后的样品用去离子水洗至中性，即得到N/S双掺杂的金属碳复合物材料。
2.根据权利要求1所述的一种N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备方法，其特征在于：在所述的N/S双掺杂的金属碳复合物材料中，S原子掺杂量为3~5wt%。
3.根据权利要求1所述的一种N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备方法，其特征在于：在所述的N/S双掺杂的金属碳复合物材料中，N原子掺杂量为3~5wt%。
4.根据权利要求1所述的一种N/S双掺杂的金属碳复合物材料的制备方法，其特征在于：在所述的N/S双掺杂的金属碳复合物材料中，各种元素分布都均匀分布。
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