[发明专利]一种碳掺杂双金属氧化物材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳掺杂双金属氧化物材料及其制备方法。本发明的制备方法包括以下步骤：(1)将六水合氯化铁、六水合氯化镍、氯化铵、明胶与去离子水加热混匀后烘干；(2)将步骤(1)的烘干后样品在惰性气氛下低温碳化，低温碳化后样品用浓度为0.8‑2mol/L的盐酸浸泡刻蚀，再抽滤烘干；(3)将烘干后样品在惰性气氛下高温碳化，高温碳化后样品用浓度为0.1‑0.5mol/L的盐酸浸泡刻蚀，再抽滤烘干，得到碳掺杂双金属氧化物材料。本发明原材料成本低，制备方法简单，得到的碳掺杂双金属氧化物材料具有高的比表面积和相对均匀的孔径分布，在有毒气体吸附和锂电池领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种碳掺杂双金属氧化物材料及其制备方法。

背景技术

碳材料被广泛应用做锂电池的电极，这是由于碳材料易获得，易加工，大的表面积和孔隙率，低电阻率，良好的表面化学环境和物理化学性能以及低成本等。能量的储存主要是电荷在碳材料电极和电解质表面进行。多孔碳材料由于具有的独特性质，合成原料丰富且容易获取，因此在现代科学中存在普遍的应用。多孔碳材料具有化学稳定性高、耐酸碱、耐高温、导电、导热等一系列特点，这类材料通常具有发达的孔隙、高的比表面积、高的化学稳定性、优良的耐热、耐酸碱及独特的电子传导性质，是现代工业中不可缺少的重要材料之一。

3d过渡金属氧化物通过与Li发生转换反应存储电荷，其中的电化学还原反应导致至少两个锂离子发生传输，这使得纳米级的金属团族分散在Li₂O集体中。由于金属团簇尺寸很小，此反应显示出了很好的可逆性能。3d过渡金属氧化物的理论容量可达到800mAhg^-1,这远远高于石墨的理论容量因此过渡金属氧化物负极材料得到了广泛的关注。过渡金属氧化物还有电压可优化的优点，这是由于M-O键直接影响平衡电压，电位可通过改变金属阳离子来改变。储藏丰富价格便宜的金属(例如铁、锰等)提供了电极的多样性。是一种十分有前景的负极材料。

过渡金氧化物负极材料定的缺点，在充放电过程中会出现体积效应，循环稳定较差。此种材料的反动力学比较左，而且充放电电滞后现象比较严。过渡金属氧化物循环稳定差主要有三点：第一是导电性较差，离子或电子扩散系数不大，降低了电极反应的可逆性，循环时容量衰减较快；第二是过渡金属氧化物材料反复与Li反应产生粉化，活性颗粒之间、集体流和活性颗粒之间失去电接触，丧失触点的粒子不再参与电极反应，进而容量发生衰减；第三是过渡金属氧化物材料与Li反应生成了金属纳米颗粒，这些颗粒在多次循环后产生团聚，从活性物质变少，容量衰减。因此为改善过渡金属氧化物负极材料的性能，可从材料的纯度、颗粒尺寸、比表面积、形貌、结构及材料的组成等方面着手，探索改进方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种碳掺杂双金属氧化物材料及其制备方法。本发明制备成本低廉、制备方法简单、便于大规模生产。

本发明具体技术方案如下。

本发明提供一种碳掺杂双金属氧化物材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将六水合氯化铁、六水合氯化镍、氯化铵、明胶和去离子水加热混匀后烘干；

(2)将步骤(1)的烘干后样品在氮气气氛下低温碳化，低温碳化后样品用浓度为0.8-2mol/L的盐酸浸泡刻蚀，再抽滤烘干；低温碳化的加热程序如下：以升温速率为3-6℃/min，从室温加热到300-500℃再保温1-5h；

(3)将烘干后样品在氮气气氛下高温碳化，高温碳化后样品用浓度为0.1-0.5mol/L的盐酸浸泡刻蚀，再抽滤烘干，得到碳掺杂双金属氧化物材料；高温碳化的加热程序如下：以升温速率为3-6℃/min，从室温加热到700-950℃再保温1-5h。

本发明中，步骤(1)中，加热温度为80-85℃。

本发明中，步骤(1)中，六水合氯化铁、六水合氯化镍、氯化铵和明胶的质量比为(2-11)：(2-9)：(6-15)：(1-20)。