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)儲能的良好選擇。鈉離子儲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)為是鈉離子存儲中最有前途的陰極。nasicon結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)特點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散。這種理想的電極是由古德諾夫的組首次報道的。盡管有這些良好的優(yōu)點，純nmtp材料顯示出一個劣勢電導(dǎo)率為，導(dǎo)致電池的鈉離子儲能性能較差。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，某個研究小組通過溶膠-凝膠法制備了nmtp@c材料，設(shè)計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，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，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)，進而促進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，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