[發明專利]一種分級多孔的含氮碳納米微球材料的制備方法

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• 申請號: 201711317148.8
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108123121A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 王錫鑫;賈秋榮
• 申請（專利權）人: 鄭州比克電池有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種分級多孔的含氮碳納米微球材料的制備方法，包括以下步驟：（1）含氮酚醛樹脂的制備；（2）互穿聚合物網絡的制備；（3）互穿聚合物網絡的碳化。本發明的優點是相比現有含氮碳納米微球材料石墨化程度提高了，增大了比表面積，且具有明顯的孔徑分布，具有更加優良的容量性能、倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極碳材料技術領域，尤其涉及到一種分級多孔的含氮碳納米微球材料的制備方法。

背景技術

石墨是目前商業化鋰離子電池主流的負極材料，其理論充放電比容量為372 mAh/g，充放電循環性能良好，在當今科研人員不斷潛心研究下，石墨負極材料的容量已經接近350-360 mAh/g；然而石墨負極仍然存在著一些缺點，如比容量偏低、表面易產生鋰沉積、較低的鋰離子擴散系數和部分安全隱患，因此尋求新的負極材料、調整材料結構等確保高比容量、長循環壽命、低成本和無污染的負極材料，具有重要意義。碳納米微球作為一種傳統的鋰離子電池負極碳材料，其在鋰電池負極材料方面的應用也甚為廣泛，然而克服其容量、倍率和循環上的缺點就顯得尤為關鍵和迫切。

經對現有技術的檢索發現，Tang等人在Chem Sus Chem. 5（2012）400-403發表的論文，以聚苯乙烯納米微球乳液為模板，對糖類單體進行水熱碳化，最后形成碳納米微球，因其涉及模板法和水熱法，反應條件苛刻，實驗結果不穩定，且成本偏高，同樣在容量性能上也僅能達到350 mAh/g左右，儲鋰性能容量較低、循環性能較差；中國專利申請CN103303912B也公開了一種高比表面積多孔氮摻雜石墨化納米碳材料的制備方法，然而其生產過程中采用酸浸法造孔，將會嚴重污染環境，不能大規模工業生產。

因此，如何改善反應條件，降低成本，適合其大規模的工業應用，同時又使碳納米微球具有優良的儲鋰性能，將成為目前的研究重點，本發明提供一種分級多孔的含氮碳納米微球材料的制備方法，在容量性能、倍率性能和循環性能上都有卓越表現。

發明內容

本發明的目的是提供一種分級多孔的含氮碳納米微球材料的制備方法，旨在降低成本的同時優化鋰電池負極材料的容量性能、倍率性能和循環性能。

本發明采用的技術方案如下：一種分級多孔的含氮碳納米微球材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）含氮酚醛樹脂的制備：將一定量的三聚氰胺和苯酚置于三口燒瓶中，向三口燒瓶中緩慢加入20-25ml的NaOH溶液并持續攪拌；隨后緩慢加入8-15ml的甲醛水溶液，之后在60-70°C 下持續攪拌1-3h；然后加入120-160 ml的蒸餾水，在60-70°C溫度下持續反應15-20h得混合溶液A；隨后調節混合溶液A的pH值至8-10并轉移至反應釜中，在130-160 °C溫度下保溫9-10 h后得產物B；最后，將產物B進行抽濾、有機溶劑清洗和干燥，得到互穿聚合物的第一網絡（N-PF）；

（2）互穿聚合物網絡的制備：將步驟（1）中制得的互穿聚合物的第一網絡（N-PF）加入到適量的NMF溶劑中進行溶脹，隨后以甲基丙烯酸甲酯（MMA）作為互穿單體、2,2-偶氮二異丁腈(AIBN)作為引發劑、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)作為交聯劑加入到已溶脹的互穿聚合物的第一網絡中混合后得混合溶液C；然后向混合溶液C通入惰性氣體持續純化0.5-2 h，隨后在80-90 °C 下交聯5-7 h 形成互穿聚合物第二網絡(N-PF/PMMA-IPN)，最后將互穿聚合物第二網絡(N-PF/PMMA-IPN)在100-120 °C 下干燥5-8 h；

（3）互穿聚合物網絡的碳化：將步驟（2）所得的互穿聚合物第二網絡置于真空管式爐中，通入惰性氣體，在惰性氣氛的條件下升溫至500-800 °C并保溫1-3 h，隨后降溫，碳化后得到最終產物含氮碳納米微球。

優選的，所述步驟（1）中，三聚氰胺的加入量為2-4g，所述苯酚的加入量為0.8-1.0g。

優選的，所述步驟（1）中，NaOH溶液的濃度為0.05-1.5M。