一种氮掺杂的金属有机框架衍生碳包覆氧化亚硅复合材料的制备方法及其应用与流程

本发明属于电池制备领域，具体涉及到一种氮掺杂的金属有机框架衍生碳包覆氧化亚硅复合材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着煤、石油、天然气等化石燃料日益衰竭，可再生能源的发展迫在眉睫。由于风能、地热能、太阳能和潮汐能等绿色能源存在间歇性、随机性和波动性问题，严重制约了其大规模开发和应用，因此，对能源存储技术提出了要求。化学电源因为具有高能量密度、高功率密度、便捷高效和绿色环保等优点，在诸多储能器件中备受关注。

2、近年来，随着电动汽车以及便携式电子产品的快速发展，对能源存储设备提出了更高的要求。锂离子电池因为具有能量密度高、无记忆效应、污染小等特性，成为了当前最为热门的储能器件之一。

3、目前，锂离子电池应用广泛，但对锂离子电池的开发研究也随着社会发展提出了更高的要求，进一步推动锂离子电池技术的进步，开发新一代锂离子电池具有重大意义。

4、在正极材料容量接近理论值的条件下，负极材料的开发具有远大的前景。当前，在负极材料研究中，合金化型负极材料表现出优异性能，特别是硅基负极材料这类合金化负极材料。但是，硅基负极合金化型负极材料存在如下的问题：

5、(1)材料本身较差的导电性；(2)循环过程中的体积膨胀；(3)sei膜的反复生成。这些问题的存在导致活性材料从集流体上脱落，不仅降低了材料的电导性，还会使得整体结构的不稳定，从而影响电池的电化学性能。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种氮掺杂的金属有机框架衍生碳包覆氧化亚硅复合材料的制备方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种氮掺杂的金属有机框架衍生碳包覆氧化亚硅复合材料的制备方法，包括，

5、将氧化亚硅与聚乙烯吡咯烷酮加入甲醇溶液中，分散均匀，制得氧化亚硅混合液；

6、将2-甲基咪唑分散在甲醇溶液中，搅拌均匀，制得2-甲基咪唑分散液；

7、将硝酸锌分散在甲醇溶液中，制得硝酸锌溶液；

8、将2-甲基咪唑分散液加入氧化亚硅混合液中，搅拌均匀得到原位聚合前驱体混合物；

9、将硝酸锌溶液加入原位聚合前驱体混合物中，搅拌、静置、洗涤、离心，真空干燥得到原位聚合后样品；

10、将原位聚合后样品升温、煅烧，得到碳/氧化亚硅复合材料sio@zif-nc。

11、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述氧化亚硅与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：0.5～2。

12、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将氧化亚硅与聚乙烯吡咯烷酮加入甲醇溶液，其中，甲醇溶液与氧化亚硅的比例为6～9ml：0.1g。

13、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将2-甲基咪唑分散在甲醇溶液中，其中，2-甲基咪唑与甲醇溶液的比例为0.65g：6～9ml。

14、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将硝酸锌分散在甲醇溶液，其中，硝酸锌与甲醇溶液的比例为0.25g：6～10ml。

15、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将2-甲基咪唑分散液加入氧化亚硅混合液，其中，2-甲基咪唑与氧化亚硅的比例为0.5～0.8g：0.1～0.2g。

16、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将硝酸锌溶液加入原位聚合前驱体混合物，其中，硝酸锌与原位聚合前驱体混合物中2-甲基咪唑的比例为0.2～0.3g：0.5～0.8g。

17、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将原位聚合后样品升温、煅烧，其中，煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为2～3h，煅烧氛围为氮气，升温速率为3～5℃/min。

18、本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种氮掺杂的金属有机框架衍生碳包覆氧化亚硅复合材料的制备方法制得的碳/氧化亚硅复合材料sio@zif-nc。

19、本发明的另一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种碳/氧化亚硅复合材料sio@zif-nc作为锂离子电池负极材料中的应用。

20、本发明有益效果：

21、(1)本发明以氧化亚硅为基体，在氧化亚硅表面原位生长金属有机框架的碳材料zif-8，然后采用高温煅烧的方法得到一种n掺杂的碳/氧化亚硅复合材料(sio@zif-nc)，该负极材料具有优异的结构和良好的循环稳定性，解决氧化亚硅负极材料在脱/嵌锂过程中低初始库仑效率和高体积膨胀的关键技术难题。

22、(2)本发明制备工艺简单，绿色环保，实现了碳/氧化亚硅负极材料的连续生产；金属有机骨架材料具有周期性网络结构，其比表面积高、孔隙率高且结构稳定；同时制得的sio@zif-nc负极材料具有优异的电化学性能。

技术特征：

1.一种氮掺杂的金属有机框架衍生碳包覆氧化亚硅复合材料的制备方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化亚硅与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：0.5～2。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述将氧化亚硅与聚乙烯吡咯烷酮加入甲醇溶液，其中，甲醇溶液与氧化亚硅的比例为6～9ml：0.1g。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述将2-甲基咪唑分散在甲醇溶液中，其中，2-甲基咪唑与甲醇溶液的比例为0.65g：6～9ml。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述将硝酸锌分散在甲醇溶液，其中，硝酸锌与甲醇溶液的比例为0.25g：6～10ml。

6.如权利要求1、2、4或5中任一所述的制备方法，其特征在于：所述将2-甲基咪唑分散液加入氧化亚硅混合液，其中，2-甲基咪唑与氧化亚硅的比例为0.5～0.8g：0.1～0.2g。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述将硝酸锌溶液加入原位聚合前驱体混合物，其中，硝酸锌与原位聚合前驱体混合物中2-甲基咪唑的比例为0.2～0.3g：0.5～0.8g。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述将原位聚合后样品升温、煅烧，其中，煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为2～3h，煅烧氛围为氮气，升温速率为3～5℃/min。

9.权利要求1～8中任一所述的制备方法制得的碳/氧化亚硅复合材料sio@zif-nc。

10.如权利要求9所述的碳/氧化亚硅复合材料sio@zif-nc作为锂离子电池负极材料中的应用。

技术总结
本发明公开了一种氮掺杂金属有机框架的衍生碳包覆氧化亚硅复合材料的制备方法及其应用，包括，以氧化亚硅为基体，在氧化亚硅表面原位生长金属有机框架的碳材料ZIF‑8，然后采用高温煅烧的方法得到一种N掺杂的碳/氧化亚硅复合材料，该负极材料具有优异的结构和良好的循环稳定性，解决氧化亚硅负极材料在脱/嵌锂过程中低初始库仑效率和高体积膨胀的关键技术难题。

技术研发人员：何薇
受保护的技术使用者：湖州耀宁固态电池研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16