本公開涉及電池電極復(fù)合材料，具體涉及一種氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、目前，高性能鈉離子電池因其價(jià)格低廉、自然資源豐富、安全性好、高能量密度，被廣泛推薦為電化學(xué)儲(chǔ)能的良好選擇。鈉離子儲(chǔ)存的功率密度由陰極材料決定。由于na+的半徑較大，na+插/去插過程中陰極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差。

2、因此，研究具有高理論容量、高工作電壓的新型陰極材料對(duì)提高鈉離子電池的功率密度具有重要意義。在此背景下，各種新型陰極如navpo4f、na4mnv(po4)3、nani1/3fe1/3mn1/3o2、na6fe5(so4)8、na3v2(po4)3、navopo4和nmtp因其各種優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究。

3、在上述陰極中，nasicon結(jié)構(gòu)的磷酸鈦錳鈉(nmtp)由于具有豐富的自然資源、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)框架和優(yōu)越的離子導(dǎo)電性，被認(rèn)為是鈉離子存儲(chǔ)中最有前途的陰極。nasicon結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其具有開放的三維框架，這種結(jié)構(gòu)有利于離子的遷移和擴(kuò)散。這種理想的電極是由古德諾夫的組首次報(bào)道的。盡管有這些良好的優(yōu)點(diǎn)，純nmtp材料顯示出一個(gè)劣勢電導(dǎo)率為，導(dǎo)致電池的鈉離子儲(chǔ)能性能較差。為了解決這一障礙，人們采用了與導(dǎo)電碳的合成，形成新的結(jié)構(gòu)。例如，某個(gè)研究小組通過溶膠-凝膠法制備了nmtp@c材料，設(shè)計(jì)的電極具有高可逆容量的。

4、但是，上述研究雖然都采用制作出了相應(yīng)的電池電極復(fù)合材料，但是上述幾種復(fù)合材料的性能仍然不是很理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本公開目的在于提供一種氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料及其制備方法和應(yīng)用，以提升nmtp復(fù)合材料的電化學(xué)性能。

2、本公開所述的一種氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料，由nmtp@c和氮摻雜石墨烯摻雜構(gòu)成，所述nmtp@c為以nmtp為核，以c為殼的核殼結(jié)構(gòu)納米纖維復(fù)合材料。

3、優(yōu)選地，所述的nmtp為nasicon結(jié)構(gòu)。

4、本公開還提供上述氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料的制備方法，包括以下步驟：

5、s1、制備氮摻雜石墨烯；

6、s2、將0.7～0.9g檸檬酸和0.03～0.07g步驟s1獲得的氮摻雜石墨烯加入至40～60ml去離子水中，持續(xù)攪拌，并加入0.005～0.02molmnc4h6o4·4h2o粉末、0.02～0.04molnac2h3o2粉末和0.02～0.04molnh4h2po4粉末，獲得混合溶液；

7、s3、往步驟s2所獲得的混合溶液中加入15～30ml濃度為0.0005mol/mlc12h28o4ti的乙醇溶液，在80～90℃條件下除去去離子水和乙醇，獲得凝膠前驅(qū)體；

8、s4、將步驟s3所獲得的凝膠前驅(qū)體放置于90～110℃烘箱內(nèi)干燥6～12h；

9、s5，將步驟s4干燥6～12h后的凝膠前驅(qū)體置于保護(hù)氣氛中，在650～700℃條件下加熱10～14h，獲得氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料。

10、優(yōu)選地，所述的步驟s1包括：

11、s101、通過改進(jìn)悍馬法制備獲得氧化石墨烯；

12、s102、將氨基鈉和步驟s101所獲得氧化石墨烯加入苯中，在20～30℃條件下持續(xù)攪拌40～60min，獲得混合物；

13、s103、將步驟s102所獲得的混合物在170～190℃條件下加熱14～16h，獲得粉末狀物質(zhì)；

14、s104、將步驟s103所獲得的粉末狀物質(zhì)放置于微波爐內(nèi)，在700w條件下輻照90s，獲得氮摻雜石墨烯。

15、優(yōu)選地，所述的步驟s2包括：

16、將0.8g檸檬酸和0.05g氮摻雜石墨加入去離子水中，持續(xù)攪拌，并加入0.01molmnc4h6o4·4h2o粉末、0.03molnac2h3o2粉末和0.03molnh4h2po4粉末，獲得混合溶液。

17、優(yōu)選地，所述的步驟s3包括：

18、在混合溶液中加入20ml0.0005mol/mlc12h28o4ti的乙醇溶液，在85℃條件下除去去離子水和乙醇，獲得凝膠前驅(qū)體。

19、優(yōu)選地，所述的步驟s4包括：

20、將凝膠前驅(qū)體放置于100℃烘箱內(nèi)進(jìn)行干燥10h。

21、優(yōu)選地，所述的步驟s5包括：

22、將干燥后的凝膠前驅(qū)體放置于氬氣氣氛中，在670℃條件下加熱12小時(shí)，獲得氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料。

23、優(yōu)選地，所述的步驟s5包括：

24、將干燥后的凝膠前驅(qū)體放置于氬氣氣氛中，在670℃條件下加熱12小時(shí)，獲得氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料。

25、本公開還提供如上所述的氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料的應(yīng)用，將其用作鈉離子電池陰極。

26、本公開還提供一種鈉離子電池，所述鈉離子電池包括如上所述的鈉離子電池陰極。

27、本公開所述的一種氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料及其制備方法和應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)在于：

28、核殼結(jié)構(gòu)中c在nmtp外形成碳膜，而氮摻雜石墨烯摻雜于nmtp@c外，能夠抑制nmtp晶體的生長，提高庫倫效率，且氮摻雜石墨烯能夠與c形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)本公開所述的氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料的電化學(xué)性能。

29、同時(shí)，本公開所述的氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料表面積相比于普通nmtp@c材料更大，使得本公開所述的氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料有助于促進(jìn)電解質(zhì)溶液與活性物質(zhì)之間的接觸面積，從而提高反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

技術(shù)特征：

1.一種氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料，其特征在于，由nmtp@c和氮摻雜石墨烯摻雜構(gòu)成，所述nmtp@c為以nmtp為核，以c為殼的核殼結(jié)構(gòu)納米纖維復(fù)合材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料，其特征在于，所述nmtp為nasicon結(jié)構(gòu)。

3.一種氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于，所述步驟s1包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于，所述步驟s2包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于，所述步驟s3包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于，所述步驟s4包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于，所述步驟s5包括：

9.權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述的氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料或權(quán)利要求3～8任一項(xiàng)所述的制備方法制得的氮摻雜石墨烯摻雜nmtp@c材料的應(yīng)用，其特征在于，將其用作鈉離子電池陰極。

10.一種鈉離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的鈉離子電池陰極。

技術(shù)總結(jié)
本公開涉及一種氮摻雜石墨烯摻雜NMTP@C材料及其制備方法和應(yīng)用，材料由NMTP@C和包覆于NMTP@C表面的氮摻雜石墨烯構(gòu)成，所述NMTP@C為以NMTP為核，以C為殼的核殼結(jié)構(gòu)納米纖維復(fù)合材料；制備方法包括：S1、制備氮摻雜石墨烯；S2、將檸檬酸和步驟S1獲得的氮摻雜石墨烯加入至去離子水中，持續(xù)攪拌，并加入MnC4H6O4·4H2O粉末、NaC2H3O2粉末和NH4H2PO4粉末，獲得混合溶液；S3、往步驟S2所獲得的混合溶液中加入C12H28O4Ti的乙醇溶液，除去去離子水和乙醇，獲得凝膠前驅(qū)體；S4、將步驟S3所獲得的凝膠前驅(qū)體干燥；S5，將步驟S4干燥后的凝膠前驅(qū)體置于保護(hù)氣氛中加熱，獲得氮摻雜石墨烯摻雜NMTP@C材料，氮摻雜石墨烯摻雜于NMTP@C外，能夠抑制NMTP晶體的生長，促進(jìn)本公開所述的氮摻雜石墨烯摻雜NMTP@C材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：黃贊,羅佩芳,黃梓恒,黃崇恒,馬修華,顏睿翰,趙耿豐
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州航海學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9