[發(fā)明專利]豆莢狀多孔氮摻雜碳納米管包裹ZnTe/Co1.11Te2

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210059352.9
• 申請(qǐng)日: 2022-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN114388764A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐洋洋;李偉濤;李凈珊;張會(huì);潘玉;馮燕來
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中原工學(xué)院
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/62
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩雨

本發(fā)明涉及一種豆莢狀多孔氮摻雜碳納米管包裹ZnTe/Co_1.11Te₂復(fù)合材料、制備方法及在鋰離子電池中的應(yīng)用。制備方法如下：首先在碲納米管（Te NT）上原位生長(zhǎng)Zn,Co?ZIF，然后經(jīng)過高溫?zé)崽幚恚纬闪司哂卸骨v狀結(jié)構(gòu)、內(nèi)部是ZnTe和Co_1.11Te₂的核，外部是一維多孔氮摻雜碳納米管（PNCNT）的復(fù)合材料ZnTe/Co_1.11Te₂@PNCNT。在高溫碳化過程中，Zn,Co?ZIF與Te NT生成活性物質(zhì)ZnTe和Co_1.11Te₂，同時(shí)形成有利于電子和離子傳輸?shù)腜NCNT，并且豆莢狀結(jié)構(gòu)能緩解充放電過程中體積膨脹帶來的影響。本發(fā)明復(fù)合材料在鋰離子電池中表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源材料領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池電極材料及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種豆莢狀多孔氮摻雜碳納米管包裹ZnTe/Co_1.11Te₂復(fù)合材料、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種具有代表性的新一代儲(chǔ)能裝置，它具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電速率低等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用在便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。石墨是商業(yè)上使用的鋰離子電池負(fù)極材料，但其提供的理論容量相對(duì)較低（372 mAh g^-1），不能滿足市場(chǎng)對(duì)高性能鋰離子電池的需求。近些年來，具有更高理論容量的過渡金屬化合物作為新型負(fù)極材料受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。然而，這些材料導(dǎo)電率低，在鋰離子嵌入脫嵌過程中會(huì)發(fā)生很大的體積變化，導(dǎo)致循環(huán)性能差，阻礙其在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。解決這一難題的有效方法是將其與碳材料相結(jié)合，開發(fā)多種多樣的碳基過渡金屬化合物，調(diào)節(jié)循環(huán)過程中產(chǎn)生的應(yīng)變，改善體積效應(yīng)，加快離子和電子傳輸，增強(qiáng)儲(chǔ)鋰性能。

金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）和沸石咪唑骨架（ZIFs）由金屬中心和有機(jī)配體連接而成，是一種新興的多孔材料。它具有高的比表面積，豐富的多孔結(jié)構(gòu)以及大量的含碳有機(jī)配體，是制備碳基過渡金屬化合物的有效前驅(qū)體和模板。在過渡金屬硫族化合物中，金屬碲化物對(duì)原子半徑較大的碲形成的金屬鍵較弱，在電極動(dòng)力學(xué)反應(yīng)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。相比于氧化物、硫化物和硒化物，金屬碲化物的電負(fù)性更小，密度和電子導(dǎo)電率更高，用于鋰離子電池時(shí)具有潛在的儲(chǔ)鋰性能。目前，關(guān)于MOFs衍生的過渡金屬碲化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究相對(duì)較少。此外，根據(jù)之前的文獻(xiàn)及專利，豆莢狀電極材料可以有效延緩循環(huán)充放電過程中體積膨脹/收縮帶來的結(jié)構(gòu)損傷，極大提高鋰離子電池的服役壽命，而由MOFs衍生的具有豆莢狀結(jié)構(gòu)的碳基過渡金屬碲化物目前還沒有被報(bào)道，仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種豆莢狀多孔氮摻雜碳納米管包裹ZnTe/ Co_1.11Te₂復(fù)合材料及制備方法，并將其應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料。

本發(fā)明所述豆莢狀氮摻雜碳納米管包裹ZnTe/Co_1.11Te₂電極材料是通過在碲納米管上原位生長(zhǎng)Zn, Co-ZIF，然后經(jīng)過高溫?zé)崽幚淼玫降?。在高溫?zé)崽幚磉^程中，碲納米管與Zn, Co-ZIF生成過渡金屬碲化物ZnTe/Co_1.11Te₂，碲納米管上負(fù)載的連續(xù)Zn, Co-ZIF同時(shí)形成多孔氮摻雜碳納米管。通過改變碲納米管上負(fù)載的Zn, Co-ZIF總摩爾量和高溫?zé)峤鉁囟龋瑢?shí)現(xiàn)復(fù)合電極材料中不同管狀碳層厚度和不同ZnTe/Co_1.11Te₂含量的調(diào)控。

本發(fā)明制備豆莢狀氮摻雜碳納米管包裹ZnTe/Co_1.11Te₂的具體技術(shù)方案如下：

步驟(1)：制備碲納米管；

步驟(2)：制備Zn, Co-ZIF@Te NT；

步驟(3)：制備ZnTe/Co_1.11Te₂@PNCNT。