[發明專利]用于鋰/鈉離子電池負極的氮摻雜多孔碳納米纖維復合材料及制備方法

在審

• 申請號: 202010048404.3
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111244412A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 孫曉紅;靳士波;樊冰清;鄭超逸;蔡婧涵;鄭春明
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/054;C01B32/158;C01B32/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發明提供了一種多孔的氮摻雜碳納米纖維復合材料及其制備方法，將聚丙烯腈和醋酸鋅加入二甲基甲酰胺中，攪拌得到混合溶液；將混合溶液移入到注射器中進行靜電紡絲，得到聚丙烯腈/醋酸鋅的納米纖維復合材料；將復合材料浸泡在2?甲基咪唑的乙醇溶液中使得鋅離子與二甲基咪唑反應在纖維上生長ZIF?8金屬有機框架，烘干后得到ZIF?8/聚丙烯腈/醋酸鋅復合納米纖維；將納米纖維復合材料首先在空氣中預煅燒，然后再惰性氣體下煅燒后通過酸刻蝕產生多孔結構，再經過洗滌，干燥得到多孔的氮摻雜碳納米纖維復合材料。該方法具有易操作和可重復性，同時合成的材料具備較高容量及良好循環性能，可以作為鋰/鈉離子電池的負極材料。

技術領域

本發明屬于無機納米材料合成領域。具體地，涉及用靜電紡絲法來制備氮摻雜多孔碳納米纖維(N-CHF)復合材料的方法。

背景技術

近來，為了滿足全球日益增長的能源需求，大量低成本可回收的新能源器件得到迅速發展。其中，鋰/鈉離子電池由于其具有高比能量密度、高放電電壓、高循環壽命、無記憶效應、無污染等特點，被廣泛用于信息技術、電動車、航空航天等領域。

相比鋰資源而言，鈉儲量十分豐富，約占地殼儲量的2.64％，而具備商業開采價值的鋰儲備量則僅為1351.9萬公噸，且鈉離子電池與鋰離子電池儲能技術具有一定相似性，鈉離子電池得到了快速的發展。由于鈉離子與鋰離子相比其半徑更大、更重，因此在鈉離子嵌入和脫出的過程中，會造成材料更大的體積膨脹，使材料的結構遭到破壞，進而循環穩定性變差。因此為了滿足高性能鋰/鈉離子電池的市場需求，必須尋找具有長循環穩定性的材料。

在鋰/鈉離子電池中，負極材料是影響電池容量和使用壽命的重要因素之一。目前，人們對高儲鋰/鈉性能負極材料的研究主要集中在金屬以及合金材料、氧化物以及硫化物材料和碳基材料上。其中，碳基材料具有較高的理論比容量(372mAh g^-1)、原料來源豐富、較低的合成成本、無毒及環境友好等優點，所以特別適合作為新一代鋰/鈉離子電池的負極材料。