氮掺杂复合金属氧化物材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电装置与流程

本申请属于二次电池，具体涉及一种氮掺杂复合金属氧化物材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电装置。

背景技术：

1、近年来，随着二次电池在各类电子产品和新能源汽车等产业的应用及推广，其能量密度受到越来越多的关注。其中，负极活性材料的性能起着至关重要的作用。石墨是常用的负极活性材料，比容量为372mah/g左右，比容量较低，无法满足日益提高的要求。

2、相关技术中，sn、p和si元素具有很高的比容量，但它们在充放电循环过程中体积膨胀较大，导致活性物质容易粉化，最终致使容量急剧下降。因此，开发高比容量且循环寿命长的负极活性材料仍然是锂离子电池的一个挑战。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种氮掺杂复合金属氧化物材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电装置，旨在使二次电池同时具有高充电容量、高放电容量和长循环寿命。

2、为了实现上述发明目的，本申请第一方面提供一种氮掺杂复合金属氧化物材料，包括：

3、碳基mxene层状材料，

4、过渡金属氧化物，嵌含于碳基mxene层状材料和/或设置于所述碳基mxene层状材料表面；

5、n元素，掺杂于碳基mxene层状材料和/或过渡金属氧化物的构成的混合物。

6、在本申请方法中，碳基mxene层状材料的层状结构类似于石墨，具有优良分层结构，可以为纳米过渡金属氧化物提供良好的储存场所，既能有效缓解过渡金属氧化物巨大的体积膨胀，还能提高电池负极的容量，在使用时，该负极材料能够为金属离子提供有效的存储空间，如锂离子；

7、在本申请方法中，过渡金属氧化物很高的比容量，能量密度较高，提高二次电池的储存金属原子量，如储锂量。

8、在本申请方法中，n元素掺杂后，可以在碳基mxene层状材料和过渡金属氧化物的构成的混合物中引入缺陷，提高活性；还可以进一步增加氮掺杂复合金属氧化物材料的导电性；

9、根据本申请一个方面的实施例，基于氮掺杂复合金属氧化物材料的总重，n元素的质量百分含量为10％-20％。

10、根据本申请一个方面的实施例，基于氮掺杂复合金属氧化物材料的总重，过渡金属氧化物的质量百分含量为20％-30％。

11、根据本申请一个方面的实施例，过渡金属氧化物的体积平均粒径dv50为100-500nm。

12、根据本申请一个方面的实施例，氮掺杂复合金属氧化物材料的体积平均粒径dv50为2～8μm。

13、根据本申请一个方面的实施例，过渡金属氧化物选自cuo、feo、nio、coo或其组合。

14、根据本申请一个方面的实施例，m表示过渡族金属元素，n为正整数，n为1-3，c表示碳元素，t为基团，p代表基团个数；可选地，m选自ni、co、mn、cr、cu、nb、ga、mo、ru、rh、ir中的一种或几种。

15、第二方面，本申请实施例提供一种氮掺杂复合金属氧化物材料的制备方法，包括：

16、将含碳基mxene层状材料的溶液和过渡金属盐溶液混合并使其形成具有孔隙的固形混合物，

17、在含氮元素气氛下，将固形混合物进行升温并保温烧结，得到氮掺杂复合金属氧化物材料。

18、根据本申请一个方面的实施例，在nh3气氛下，将固形混合物以5-6℃/min的速度进行升温并保温烧结，得到氮掺杂复合金属氧化物材料；可选的，升温的终点温度为400-500℃，可选的，保温的时间为120-130min。

19、第三方面，本申请实施例提供一种负极极片，包括负极膜层和负极集流体，所述负极膜层设置于所述负极集流体表面，所述负极膜层包括第一方面的氮掺杂复合金属氧化物材料、或第二方面的方法制备的氮掺杂复合金属氧化物材料。

20、根据本申请一个方面的实施例，基于负极膜层的总重，氮掺杂复合金属氧化物材料的质量百分数≤30％，可选地为1％～30％，更具体地为20％～30％。

21、第四方面，本申请实施例提供一种二次电池，包括第三方面的负极极片。

22、第五方面，本申请实施例提供一种用电装置，包括第四方面的二次电池。

23、本申请的复合金属氧化物材料能具有显著改善的充电克容量和导电性，能使本申请的二次电池同时具有高充电容量、高放电容量和长循环寿命。

技术特征：

1.一种氮掺杂复合金属氧化物材料，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的氮掺杂复合金属氧化物材料，其特征在于，基于所述氮掺杂复合金属氧化物材料的总重，所述n元素的质量百分含量为10％-20％；和/或，

3.根据权利要求1所述的氮掺杂复合金属氧化物材料，其特征在于，所述过渡金属氧化物的体积平均粒径dv50为100-500nm；和/或，

4.根据权利要求1所述的氮掺杂复合金属氧化物材料，其特征在于，所述过渡金属氧化物选自cuo、feo、nio、coo或其组合；和/或，

5.一种氮掺杂复合金属氧化物材料的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在nh3气氛下，将所述固形混合物以5-6℃/min的速度进行升温并保温烧结，得到所述氮掺杂复合金属氧化物材料；可选的，升温的终点温度为400-500℃，可选的，所述保温的时间为120-130min。

7.一种负极极片，其特征在于，包括负极膜层和负极集流体，所述负极膜层设置于所述负极集流体表面，所述负极膜层包括根据权利要求1-4任一项所述的氮掺杂复合金属氧化物材料或根据权利要求5或6所述的方法制备的氮掺杂复合金属氧化物材料。

8.根据权利要求7所述的负极极片，其特征在于，基于所述负极膜层的总重，所述氮掺杂复合金属氧化物材料的质量百分数≤30％，可选地为1％～30％，更具体地为20％～30％。

9.一种二次电池，其特征在于，包括根据权利要求7或8所述的负极极片。

10.一种用电装置，其特征在于，包括根据权利要求9所述的二次电池。

技术总结
本申请提供一种氮掺杂复合金属氧化物材料及其制备方法、负极极片、二次电池和用电装置。氮掺杂复合金属氧化物材料包括：碳基Mxene层状材料，过渡金属氧化物，嵌含于碳基Mxene层状材料和/或设置于所述碳基Mxene层状材料表面；N元素，掺杂于碳基Mxene层状材料和/或过渡金属氧化物的构成的混合物。本申请的氮掺杂复合金属氧化物材料能使二次电池同时具有高充电容量、高放电容量和长循环寿命。

技术研发人员：邹文
受保护的技术使用者：联动天翼新能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15