[發明專利]一種氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒鋰離子電池負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011018129.7
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112054185A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 王嚴杰;孫長龍;崔立峰;劉丹
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣東恩典律師事務所 44549
• 代理人: 張紹波;李健

本發明提供一種氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒鋰離子電池負極材料的制備方法，包括：在氨氣氛圍中，加熱SiC納米顆粒至預定時間，冷卻得到氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒。所制備的氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒能顯著提高鋰離子電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及新型鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒鋰離子電池負極材料的研制方法。

背景技術

目前商業化的鋰離子電池體系通常采用石墨作為負極材料，鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）作為正極材料。其中，石墨負極的理論質量比容量為370 mAh g^?1（未鋰化），晶體密度為2.266 g cm^?3，體積比容量為841 mAh cm^?3（未鋰化）或719 mAh cm^?3鋰化）。因此，當與商業化正極材料匹配時，石墨可占電池總體積的55-60 %。此外，石墨負極在大倍率下存在鋰枝晶問題，這嚴重制約了石墨負極鋰離子電池應用。目前，常用的提高離子在電極材料中傳輸效率的手段是通過形貌和顆粒尺寸調控來縮短離子輸運距離。但由于充放電過程涉及多電子和多離子的轉移，因而形貌和尺寸上的調控并不能從根本上改變電極材料自身的緩慢動力學過程，這導致鋰離子電池的倍率性能及循環壽命顯著降低。

綜上所述，設計具有良好結構穩定性且能夠實現快速電子轉移和離子傳遞的高性價比鋰離子電池負極材料至關重要。

發明內容

為解決上述問題，本申請提供一種氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒鋰離子電池負極材料的制備方法，能夠實現鋰離子電池的快速電子轉移。

根據第一方面，一種氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，在氨氣氛圍中，加熱SiC納米顆粒至預定時間，冷卻得到氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒。

優選地，氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒的制備方法，包括步驟：

S1、稱取一定質量SiC納米顆粒置于容器中，將所述盛裝有一定質量SiC納米顆粒的容器置于加熱系統；

S2、抽空所述加熱系統中的空氣，然后向所述加熱系統中通入氨氣，直到所述加熱系統達到常壓；

S3、加熱所述加熱系統，同時向所述加熱系統中持續通入氨氣；

S4、關閉電源，停止通入所述氨氣，待所述加熱系統在氨氣中自然冷卻至室溫。

優選的，氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒的直徑為100~300 nm。

優選的，容器為單溫區水平高溫管式爐，所述SiC納米顆粒置于所述單溫區水平高溫管式爐的爐管的中間位置。

優選的，單溫區水平高溫管式爐設有抽氣裝置，所述抽氣裝置可將所述單溫區水平高溫管式爐內部的空氣壓強抽空。

優選的，單溫區水平高溫管式爐還設有充氣裝置，當所述裝置內部的空氣被抽空至負壓之后，所述充氣裝置就向所述單溫區水平高溫管式爐的內部通入所述氨氣，直到所述單溫區水平高溫管式爐的壓強恢復至常壓。

優選的，充氣裝置向所述單溫區水平高溫管式爐充氣時，所述氨氣的流量為150sccm。

技術效果說明，將單溫區水平高溫管式爐內部的空氣全部抽空，然后充入氨氣，這是為了研究在只有氨氣的環境下高溫加熱SiC納米顆粒，表面所形成的石墨烯只能是氮摻雜的石墨烯，而不是其他元素摻雜的石墨烯。

優選的，單溫區水平高溫管式爐的加熱方法為以10 °C每分鐘的升溫速率升至1500 °C，并在1500 °C溫度下保溫一定的時間。

優選的，單溫區水平高溫管式爐在1500 °C溫度下保溫的時間為5-10分鐘。