多金属氧酸盐衍生的电极材料及其制备方法和应用

本发明属于材料科学和电池材料，具体涉及多金属氧酸盐衍生的电极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、多金属氧酸盐具有较强的氧化还原活性和多电子转移特性，被视为极具潜力的电极材料，但多酸易溶解、易团聚和导电性较差等问题，阻碍了其在储能领域的应用。为了解决这些问题，研究者们利用有机配体（如含有-cooh、-nh2官能团）与多金属氧酸盐通过配位或氢键作用形成前驱体，然后再利用热解重构等策略，制备高性能的电极材料。这种策略不仅能抑制多金属氧酸盐在极性溶剂的浸出，还能阻止多金属氧酸盐的团聚，提高材料的活性和稳定性。虽然多金属氧酸盐与有机物形成的前驱体结构在低温情况下（<200℃）较为稳定，但在后续的热缩聚或热解重构过程中，仍面临关键挑战，由于多金属氧酸盐的亚纳米尺寸（通常<1 nm）与有机配体或高分子骨架的尺寸存在显著差异。这种失配导致在热处理时，有机配体无法有效限域多金属氧酸盐的移动，在热能的驱动下，多金属氧酸盐之间的范德华力或静电相互作用增强，容易发生二次团聚‍。这不仅导致活性位点的大量损失，还会显著降低材料的比表面积。

2、目前，针对多金属氧酸盐衍生电极材料的改性方法多聚焦于宏观的负载或复合，缺乏对微观层面的精准调控。因此，亟需开发一种新型策略克服多金属氧酸盐衍生电极材料制备过程中存在的二次团聚问题，提升电极材料的倍率性能和循环性能。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供多金属氧酸盐衍生的电极材料及其制备方法和应用，用以解决多金属氧酸盐衍生电极材料制备过程中存在二次团聚的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明的第一个方面，公开了多金属氧酸盐衍生的电极材料的制备方法，将三聚氰胺分散液与草酸溶液混合，得到溶液b；向溶液b中加入金属盐溶液，反应，得到溶液c，水热反应，得到多金属氧酸盐前驱体；热硫化处理，得到多金属氧酸盐衍生的电极材料。

4、优选地，所述三聚氰胺分散液由三聚氰胺分散于去离子水中得到。

5、优选地，三聚氰胺分散液的浓度为0.08 mol/l。

6、优选地，草酸溶液的浓度为0.2 mol/l，三聚氰胺和草酸的摩尔比为1:（0.25~1）。

7、优选地，所述金属盐为钼酸钠、钨酸钠和钒酸钠中的一种。

8、优选地，所述金属盐的物质的量为1.2 mmol。

9、优选地，所述热硫化处理步骤为：将多金属氧酸盐前驱体与硫粉按质量比为1:2混合，氩气氛围中焙烧。

10、进一步优选地，所述焙烧的温度采用程序升温的模式进行，以1℃/min的升温速率至200℃，保温2 h，随后以1.5℃/min的升温速率至570℃，保温2~3 h。

11、本发明的第二个方面，公开了上述制备方法制得的多金属氧酸盐衍生的电极材料。

12、本发明的第三个方面，公开了多金属氧酸盐衍生的电极材料在钠离子电池制备中的应用。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、本发明提供的多金属氧酸盐衍生的电极材料的制备方法，1）没有直接选取亚纳米尺寸的多金属氧酸盐作为构筑单元与有机配合物复合，而是采用草酸调节单体金属氧酸盐反应溶液的ph，在三聚氰胺的限域环境下，逐步原位生长成单分散的多金属氧酸盐前驱体；通过构建特殊的纳米限域环境，实现了多金属氧酸盐与有机配体之间的精准嵌入或单分子层级相互作用；2）合成电极材料的金属盐、三聚氰胺及草酸原料来源广泛，且成本低廉，安全性高，合成过程绿色可持续，具有较高的经济效益；3）通过一步水热法即可实现多金属氧酸盐原位生长及与三聚氰胺的组装，合成过程简单高效，通过增大反应的投料量，可以一锅合成以千克为单位的粉末，有利于工业规模生产与应用；4）得到的多金属氧酸盐前驱体分子内部存在强烈的化学作用力，通过简单热硫化，能够促使有机物限域多金属氧酸盐衍生为高活性碳层包覆的金属硫化物。因此，通过将多金属氧酸盐转化成金属硫化物，有机配体转化成碳层，将碳层包裹在金属硫化物的表面，制备多金属氧酸盐衍生的电极材料，制备流程简单，可重复性强，不仅保持了多金属氧酸盐的高分散性，还原位转化成高活性的金属硫化物，形成结构稳定、导电性较好的多金属氧酸盐衍生的电极材料，能够克服现有多金属氧酸盐衍生电极材料制备与微观结构调控技术存在的二次团聚局限，使制备的多金属氧酸盐衍生的电极材料具有较好的导电性和高活性反应位点，界面结构稳定持久，比表面积大，分散性高。基于得到的多金属氧酸盐衍生的电极材料优越的微纳构型制备钠离子电池，不仅提升了电池电极材料的离子、电子传输特性，还可有效抑制金属硫化物充放电过程中界面失活、结构坍塌等问题，使制得的电池体现出了可逆容量高、倍率性能优异和循环寿命超长等优势，在钠离子电池储能领域具有广阔的应用前景。

15、进一步地，本方法对不同类型多金属氧酸盐（包括钼多酸盐、钨多酸盐和钒多酸盐）的原位生长具有普适性和推广应用价值。

16、本发明还提供了上述方法得到的多金属氧酸盐衍生的电极材料，具有较大的比表面积和紧密的界面作用，不仅有利于电解液的浸润和离子传输，还可以有效缓解充放电过程中金属硫化物结构坍塌的问题。

1.多金属氧酸盐衍生的电极材料的制备方法，其特征在于，将三聚氰胺分散液与草酸溶液混合，得到溶液b；向溶液b中加入金属盐溶液，反应得到溶液c，水热反应，得到多金属氧酸盐前驱体；热硫化处理，得到多金属氧酸盐衍生的电极材料。

2.根据权利要求1所述的多金属氧酸盐衍生的电极材料的制备方法，其特征在于，所述三聚氰胺分散液由三聚氰胺分散于去离子水中得到。

3. 根据权利要求1所述的多金属氧酸盐衍生的电极材料的制备方法，其特征在于，三聚氰胺分散液的浓度为0.08 mol/l。

4. 根据权利要求1所述的多金属氧酸盐衍生的电极材料的制备方法，其特征在于，草酸溶液的浓度为0.2 mol/l，三聚氰胺和草酸的摩尔比为1:（0.25~1）。

5.根据权利要求1所述的多金属氧酸盐衍生的电极材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐为钼酸钠、钨酸钠和钒酸钠中的一种。

6. 根据权利要求1所述的多金属氧酸盐衍生的电极材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐的物质的量为1.2 mmol。

7.根据权利要求1所述的多金属氧酸盐衍生的电极材料的制备方法，其特征在于，所述热硫化处理步骤为：将多金属氧酸盐前驱体与硫粉按质量比为1:2混合，氩气氛围中焙烧。

8. 根据权利要求7所述的多金属氧酸盐衍生的电极材料的制备方法，其特征在于，所述焙烧的温度采用程序升温的模式进行，以1℃/min的升温速率至200℃，保温2 h，随后以1.5℃/min的升温速率至570℃，保温2~3 h。

9.权利要求1~8任意一项所述的制备方法制得的多金属氧酸盐衍生的电极材料。

10.权利要求9所述的多金属氧酸盐衍生的电极材料在钠离子电池制备中的应用。