[0024] 为实现上述目的,本发明提供如下具体实施方式和实施例:一种氮硫共掺杂多孔碳修饰Co3O4的锂离子电池负极材料,制备方法包括以下步骤:
[0025] (1)向反应瓶中加入体积比为100:80‑140的蒸馏水和乙二醇混合溶剂,加入醋酸钴,并滴加浓氨水调节溶液pH至9‑10,匀速搅拌30‑60min,将溶液倒入水热反应釜中,加热至180‑200℃,反应10‑15h,将溶液真空干燥除去溶剂,产物置于电阻炉中,在空气氛围中400‑450℃下退火2‑4h,制备得到花瓣状纳米Co3O4。
[0026] (2)在氮气氛围中,向反应瓶中加入N,N‑二甲基甲酰胺溶剂和花瓣状纳米Co3O4,超声分散均匀后加入单体1,4‑对苯二硼酸、2,5‑二溴噻吩和1,3,6,8‑四溴‑9H‑咔唑,搅拌溶解后加入碳酸钾的水溶液和催化剂四(三苯基膦)钯,五者质量比为100:5‑10:1.5‑3:6‑12:0.35‑0.7:0.55‑1.1,置于恒温油浴锅中,恒温油浴锅包括磁力搅拌加热仪,磁力搅拌加热仪上方设置有油浴锅,油浴锅内部设置有反应瓶,油浴锅外侧固定连接有保温套,保温套上方活动连接有旋转导轮,旋转导轮与导轨活动连接,导轨固定连接有保温盖板,加热至140‑
160℃,回流反应36‑72h,将溶液置于冰水浴中冷却,加入甲醇直至有大量沉淀析出,过滤溶剂,使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥,制备得到含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4。
[0027] (3)将含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4置于气氛电阻炉中,在氮气氛围中,650‑750℃下高温热裂解2‑3h,制备得到蜂窝状三维多孔结构的氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4。
[0028] (4)将氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4、乙炔黑和聚偏氟乙烯按照8:1:1的质量比加入到N‑甲基吡咯烷酮溶剂中,超声分散均匀后将浆料涂在铜箔集流体上,进行干燥和裁片,得到氮硫共掺杂多孔碳修饰Co3O4的锂离子电池负极材料。
[0029] 实施例1
[0030] (1)向反应瓶中加入体积比为100:80的蒸馏水和乙二醇混合溶剂,加入醋酸钴,并滴加浓氨水调节溶液pH至9,匀速搅拌30min,将溶液倒入水热反应釜中,加热至180℃,反应10h,将溶液真空干燥除去溶剂,产物置于电阻炉中,在空气氛围中400℃下退火2h,制备得到花瓣状纳米Co3O4。
[0031] (2)在氮气氛围中,向反应瓶中加入N,N‑二甲基甲酰胺溶剂和花瓣状纳米Co3O4,超声分散均匀后加入单体1,4‑对苯二硼酸、2,5‑二溴噻吩和1,3,6,8‑四溴‑9H‑咔唑,搅拌溶解后加入碳酸钾的水溶液和催化剂四(三苯基膦)钯,五者质量比为100:5:1.5:6:0.35:0.55,置于恒温油浴锅中,恒温油浴锅包括磁力搅拌加热仪,磁力搅拌加热仪上方设置有油浴锅,油浴锅内部设置有反应瓶,油浴锅外侧固定连接有保温套,保温套上方活动连接有旋转导轮,旋转导轮与导轨活动连接,导轨固定连接有保温盖板,加热至140℃,回流反应36h,将溶液置于冰水浴中冷却,加入甲醇直至有大量沉淀析出,过滤溶剂,使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥,制备得到含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4。
[0032] (3)将含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4置于气氛电阻炉中,在氮气氛围中,650℃下高温热裂解2h,制备得到蜂窝状三维多孔结构的氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4。
[0033] (4)将氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4、乙炔黑和聚偏氟乙烯按照8:1:1的质量比加入到N‑甲基吡咯烷酮溶剂中,超声分散均匀后将浆料涂在铜箔集流体上,进行干燥和裁片,得到氮硫共掺杂多孔碳修饰Co3O4的锂离子电池负极材料1。
[0034] 实施例2
[0035] (1)向反应瓶中加入体积比为1:1的蒸馏水和乙二醇混合溶剂,加入醋酸钴,并滴加浓氨水调节溶液pH至10,匀速搅拌60min,将溶液倒入水热反应釜中,加热至190℃,反应12h,将溶液真空干燥除去溶剂,产物置于电阻炉中,在空气氛围中420℃下退火3h,制备得到花瓣状纳米Co3O4。
[0036] (2)在氮气氛围中,向反应瓶中加入N,N‑二甲基甲酰胺溶剂和花瓣状纳米Co3O4,超声分散均匀后加入单体1,4‑对苯二硼酸、2,5‑二溴噻吩和1,3,6,8‑四溴‑9H‑咔唑,搅拌溶解后加入碳酸钾的水溶液和催化剂四(三苯基膦)钯,五者质量比为100:8:2:8:0.5:0.8,置于恒温油浴锅中,恒温油浴锅包括磁力搅拌加热仪,磁力搅拌加热仪上方设置有油浴锅,油浴锅内部设置有反应瓶,油浴锅外侧固定连接有保温套,保温套上方活动连接有旋转导轮,旋转导轮与导轨活动连接,导轨固定连接有保温盖板,加热至150℃,回流反应48h,将溶液置于冰水浴中冷却,加入甲醇直至有大量沉淀析出,过滤溶剂,使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥,制备得到含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4。
[0037] (3)将含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4置于气氛电阻炉中,在氮气氛围中,700℃下高温热裂解2.5h,制备得到蜂窝状三维多孔结构的氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4。
[0038] (4)将氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4、乙炔黑和聚偏氟乙烯按照8:1:1的质量比加入到N‑甲基吡咯烷酮溶剂中,超声分散均匀后将浆料涂在铜箔集流体上,进行干燥和裁片,得到氮硫共掺杂多孔碳修饰Co3O4的锂离子电池负极材料2。
[0039] 实施例3
[0040] (1)向反应瓶中加入体积比为100:140的蒸馏水和乙二醇混合溶剂,加入醋酸钴,并滴加浓氨水调节溶液pH至10,匀速搅拌60min,将溶液倒入水热反应釜中,加热至200℃,反应15h,将溶液真空干燥除去溶剂,产物置于电阻炉中,在空气氛围中450℃下退火4h,制备得到花瓣状纳米Co3O4。
[0041] (2)在氮气氛围中,向反应瓶中加入N,N‑二甲基甲酰胺溶剂和花瓣状纳米Co3O4,超声分散均匀后加入单体1,4‑对苯二硼酸、2,5‑二溴噻吩和1,3,6,8‑四溴‑9H‑咔唑,搅拌溶解后加入碳酸钾的水溶液和催化剂四(三苯基膦)钯,五者质量比为100:10:3:12:0.7:1.1,置于恒温油浴锅中,恒温油浴锅包括磁力搅拌加热仪,磁力搅拌加热仪上方设置有油浴锅,油浴锅内部设置有反应瓶,油浴锅外侧固定连接有保温套,保温套上方活动连接有旋转导轮,旋转导轮与导轨活动连接,导轨固定连接有保温盖板,加热至160℃,回流反应72h,将溶液置于冰水浴中冷却,加入甲醇直至有大量沉淀析出,过滤溶剂,使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥,制备得到含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4。
[0042] (3)将含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4置于气氛电阻炉中,在氮气氛围中,750℃下高温热裂解3h,制备得到蜂窝状三维多孔结构的氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4。
[0043] (4)将氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4、乙炔黑和聚偏氟乙烯按照8:1:1的质量比加入到N‑甲基吡咯烷酮溶剂中,超声分散均匀后将浆料涂在铜箔集流体上,进行干燥和裁片,得到氮硫共掺杂多孔碳修饰Co3O4的锂离子电池负极材料3。
[0044] 对比例1
[0045] (1)向反应瓶中加入体积比为100:60的蒸馏水和乙二醇混合溶剂,加入醋酸钴,并滴加浓氨水调节溶液pH至10,匀速搅拌45min,将溶液倒入水热反应釜中,加热至180℃,反应15h,将溶液真空干燥除去溶剂,产物置于电阻炉中,在空气氛围中450℃下退火3h,制备得到花瓣状纳米Co3O4。
[0046] (2)在氮气氛围中,向反应瓶中加入N,N‑二甲基甲酰胺溶剂和花瓣状纳米Co3O4,超声分散均匀后加入单体1,4‑对苯二硼酸、2,5‑二溴噻吩和1,3,6,8‑四溴‑9H‑咔唑,搅拌溶解后加入碳酸钾的水溶液和催化剂四(三苯基膦)钯,五者质量比为100:3:1:4:0.2:0.4,置于恒温油浴锅中,恒温油浴锅包括磁力搅拌加热仪,磁力搅拌加热仪上方设置有油浴锅,油浴锅内部设置有反应瓶,油浴锅外侧固定连接有保温套,保温套上方活动连接有旋转导轮,旋转导轮与导轨活动连接,导轨固定连接有保温盖板,加热至160℃,回流反应72h,将溶液置于冰水浴中冷却,加入甲醇直至有大量沉淀析出,过滤溶剂,使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥,制备得到含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4。
[0047] (3)将含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4置于气氛电阻炉中,在氮气氛围中,750℃下高温热裂解2.5h,制备得到蜂窝状三维多孔结构的氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4。
[0048] (4)将氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4、乙炔黑和聚偏氟乙烯按照8:1:1的质量比加入到N‑甲基吡咯烷酮溶剂中,超声分散均匀后将浆料涂在铜箔集流体上,进行干燥和裁片,得到氮硫共掺杂多孔碳修饰Co3O4的锂离子电池负极材料对比1。
[0049] 对比例2
[0050] (1)向反应瓶中加入体积比为100:180的蒸馏水和乙二醇混合溶剂,加入醋酸钴,并滴加浓氨水调节溶液pH至9,匀速搅拌60min,将溶液倒入水热反应釜中,加热至200℃,反应12h,将溶液真空干燥除去溶剂,产物置于电阻炉中,在空气氛围中420℃下退火3h,制备得到花瓣状纳米Co3O4。
[0051] (2)在氮气氛围中,向反应瓶中加入N,N‑二甲基甲酰胺溶剂和花瓣状纳米Co3O4,超声分散均匀后加入单体1,4‑对苯二硼酸、2,5‑二溴噻吩和1,3,6,8‑四溴‑9H‑咔唑,搅拌溶解后加入碳酸钾的水溶液和催化剂四(三苯基膦)钯,五者质量比为100:12:4:14:0.85:1.25,置于恒温油浴锅中,恒温油浴锅包括磁力搅拌加热仪,磁力搅拌加热仪上方设置有油浴锅,油浴锅内部设置有反应瓶,油浴锅外侧固定连接有保温套,保温套上方活动连接有旋转导轮,旋转导轮与导轨活动连接,导轨固定连接有保温盖板,加热至150℃,回流反应48h,将溶液置于冰水浴中冷却,加入甲醇直至有大量沉淀析出,过滤溶剂,使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥,制备得到含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4。
[0052] (3)将含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co3O4置于气氛电阻炉中,在氮气氛围中,750℃下高温热裂解2h,制备得到蜂窝状三维多孔结构的氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4。
[0053] (4)将氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状Co3O4、乙炔黑和聚偏氟乙烯按照8:1:1的质量比加入到N‑甲基吡咯烷酮溶剂中,超声分散均匀后将浆料涂在铜箔集流体上,进行干燥和裁片,得到氮硫共掺杂多孔碳修饰Co3O4的锂离子电池负极材料对比2。
[0054] 将氮硫共掺杂多孔碳修饰Co3O4的锂离子电池负极材料、锂片工作正极、1mol/L的LiPF6电解液、聚丙烯多孔隔膜在氩气手套箱中,组装成纽扣电池,在CHI660D电化学工作站和CT2001A电池测试系统进行电化学性能测试,检测标准为GB/T 36276‑2018。
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