一种多金属碳化物及其制备方法和应用与流程

本发明涉及材料合成
技术领域：
，尤其涉及一种多金属碳化物及其制备方法和应用。
背景技术：
：离子电池具有体积小、重量轻、循环使用寿命长等优势被广泛使用，但是由于离子电池还存在容量低、成本高以及电极材料制备过程复杂的缺陷，使其应用范围受到极大限制。金属碳化物中同时含有金属离子和碳材料，具有较高的电导率、离子传输存储能力和良好的化学稳定性，并且其在反应过程中难以被分解，减少了副反应的发生，被认为是有前途的碱金属离子电池负极材料。但是，传统的金属碳化物的制备通常是将有机物先与金属发生合成反应生成金属有机物，然后进行烧结反应，制备方法复杂且存在可重复性低的缺陷，得到的金属碳化物性能不稳定，不利于扩大生产，生产效率极低。技术实现要素：针对现有金属碳化物的制备方法复杂且存在可重复性低的缺陷，不利于扩大生产以及生产效率低的问题，本发明提供一种多金属碳化物及其制备方法和应用。为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：一种多金属碳化物的制备方法，将碳源和至少两种过渡金属硝酸盐加入溶剂中溶解得到溶液；去除所述溶液中的所述溶剂得到固结物，将所述固结物在保护气氛下烧结，得到所述多金属碳化物。本发明提供的多金属碳化物的制备方法通过将碳源和至少两种过渡金属硝酸盐置于溶剂中充分溶解，再进行干燥和烧结，相对于现有技术，该制备方法中碳源和过渡金属硝酸盐先充分溶解在溶剂中后再去除溶剂，得到的固结物中碳源和过渡金属硝酸盐形成特殊、均匀的分布形式，该特殊形式分布的固结物中碳源和过渡金属硝酸盐可在后续烧结过程中进行充分反应，降低多金属碳化物的制备过程对温度的要求。且上述固结物在烧结过程中碳源发生分解碳化，同时硝酸盐的硝酸根发生分解，并在该过程中释放出大量气体，形成特殊形式的多孔形貌结构，增加离子电池的放电比容和使用寿命。碳化后的碳源材料与硝酸盐中游离的多种金属离子发生反应生成多金属碳化物。该反应过程全部在保护性气氛中自发反应，可重复性高、得到的多金属碳化物稳定性好，操作简单方便且安全性高，显著提高了多金属碳化物的生产效率，具有较高的应用价值。优选的，所述碳源为聚乙烯吡咯烷酮、聚吡咯和苯基吡啶中的至少一种。上述优选的碳源材料与过渡金属硝酸盐的结合，通过本发明的制备方法得到的多金属碳化物作为离子电池负极材料，可进一步提高离子电池的放电比容和使用寿命。优选的，所述过渡金属硝酸盐选自九水合硝酸铁、六水合硝酸钴、六水合硝酸镍或六水合硝酸锌。优选的，所述碳源与每种所述过渡金属硝酸盐的质量比为1-9:1-9。优选的，所述溶剂为去离子水；去除所述溶液中的所述溶剂的方法为：将所述溶液在60-90℃下进行烘干。优选的，所述溶剂的质量为所述过渡金属硝酸盐与所述碳源总质量的5-20倍。优选的，所述保护气氛为氩气气氛或氮气气氛。优选的，将所述固结物粉碎后再在所述保护气氛下进行烧结。优选的，所述烧结的温度为500-900℃、时间为1-5h。本发明还提供了一种多金属碳化物，由上述多金属碳化物的制备方法制备得到。本发明还提供所述多金属碳化物在离子电池负极材料中的应用。优选的，所述离子电池为钾离子电池或钠离子电池。附图说明图1是本发明实施例1中金属碳化物的制备方法流程图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1一种多金属碳化物的制备方法，包括以下工艺步骤：将2g聚乙烯吡咯烷酮、1g九水合硝酸铁和2g六水合硝酸钴加入25g去离子水中充分搅拌溶解，得到水溶液；然后将水溶液放入干燥箱中60℃下烘干至其完全干燥，得到固结物；将该固结物置于玛瑙研钵中研末成粉状，将研磨后的固结物放入刚玉舟中在管式烧结炉中通氩气保护气氛烧结，烧结温度为500℃，烧结时间为5h得到碳化铁-钴材料。将碳化铁-钴材料转移到玛瑙研钵中研末至粉状，得到碳化铁-钴多金属碳化物。实施例2一种多金属碳化物的制备方法，包括以下工艺步骤：将5g聚吡咯、3g水合硝酸镍和4g六水合硝酸锌加入70g去离子水中充分搅拌溶解，得到水溶液；然后将水溶液放入干燥箱中70℃下烘干至其完全干燥，得到固结物；将该固结物置于玛瑙研钵中研末成粉状，将研磨后的固结物放入刚玉舟中在管式烧结炉中通氮气保护气氛烧结，烧结温度为700℃，烧结时间为3h得到碳化镍-锌材料。将碳化镍-锌材料转移到玛瑙研钵中研末至粉状，得到碳化镍-锌多金属碳化物。实施例3一种多金属碳化物的制备方法，包括以下工艺步骤：将9g苯基吡啶、2g六水合硝酸钴和8g六水合硝酸镍加入350g去离子水中充分搅拌溶解，得到水溶液；然后将水溶液放入干燥箱中90℃下烘干至其完全干燥，得到固结物；将该固结物置于玛瑙研钵中研末成粉状，将研磨后的固结物放入刚玉舟中在管式烧结炉中通氮气保护气氛烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为1h得到碳化钴-镍材料。将碳化钴-镍材料转移到玛瑙研钵中研末至粉状，得到碳化钴-镍多金属碳化物。实施例4一种多金属碳化物的制备方法，包括以下工艺步骤：将2g聚乙烯吡咯烷酮、3g九水合硝酸铁、3g六水合硝酸镍和2g六水合硝酸钴加入200g去离子水中充分搅拌溶解，得到水溶液；然后将水溶液放入干燥箱中60℃下烘干至其完全干燥，得到固结物；将该固结物置于玛瑙研钵中研末成粉状，将研磨后的固结物放入刚玉舟中在管式烧结炉中通氩气保护气氛烧结，烧结温度为500℃，烧结时间为5h得到碳化铁-镍-钴材料。将碳化铁-镍-钴材料转移到玛瑙研钵中研末至粉状，得到碳化铁-镍-钴多金属碳化物。实施例5将实施例1-4获得的多金属碳化物作为负极材料用于钾离子电池中，对该钾离子电池的放电比容量进行检测，检测结果如表1所示：表1不同圈数下钾离子电池的放电比容量(mah/g)圈数121050100实施例1373.5309.2300.1306.5305.9实施例2375.7318.4314.6316.8316.5实施例3388.5325.1321.0322.8320.9实施例4383.1313.2305.4310.3310.0将实施例1-4获得的多金属碳化物作为负极材料用于钠离子电池中，对该钠离子电池的放电比容量进行检测，检测结果如表2所示：表2不同圈数下钠离子电池的放电比容量(mah/g)圈数121050100实施例1405.2356.0352.2351.2351.0实施例2410.8378.4375.1370.2370.5实施例3408.2379.6375.0367.5368.2实施例4411.5380.9375.9372.2370.1由表1和表2可知，实施例1-4得到的多金属碳化物作为负极材料用于离子电池中，可使离子电池具有较高的放电比容，且随着充放电循环圈数的增加，离子电池的放电比容量变化极小，说明实施例1-4得到的多金属碳化物作为负极材料用于离子电池可显著增加离子电池的使用寿命。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12