[發(fā)明專(zhuān)利]一種N,S原位摻雜多孔碳的鋰離子電池負(fù)極材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011485136.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112614998B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳君飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州市云通磁電股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/587
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/587;H01M4/133;H01M4/1393;H01M10/0525
• 代理公司: 廣東靈頓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44558
• 代理人: 陳丹萍

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，且公開(kāi)了一種N,S原位摻雜多孔碳的鋰離子電池負(fù)極材料，原位摻雜法和高溫碳化，制備得到N,S原位摻雜多孔碳作為鋰離子電池的負(fù)極，N,S原位摻雜多孔碳具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，并且比表面積更高，N摻雜主要以吡啶氮、吡咯氮和石墨氮結(jié)構(gòu)存在，吡啶氮可以在多孔碳基體中可以建立穩(wěn)定碳骨架構(gòu)型，并且產(chǎn)生豐富的空位，可以提高多孔碳負(fù)極的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)和儲(chǔ)鋰容量，而石墨氮可以通過(guò)碳骨架的費(fèi)米能級(jí)，提高碳負(fù)極的導(dǎo)電性，S摻雜可以拓寬碳層間距，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷，進(jìn)一步提高多孔碳的孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積，使N,S原位摻雜多孔碳的鋰離子電池負(fù)極材料具有更高的比容量和優(yōu)異的倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種N,S原位摻雜多孔碳的鋰離子電池負(fù)極材料及制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池在便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)新能源汽車(chē)等方面具有廣泛的應(yīng)用，鋰離子電池的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性等性能，主要由正極材料和負(fù)極材料所決定，目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料為石墨碳負(fù)極材料，但是石墨碳的了比容量較低，僅為370mAh·g^-1，限制鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域，因此需要開(kāi)發(fā)實(shí)際比容量高、倍率性能優(yōu)異的碳負(fù)極材料，以滿(mǎn)足鋰離子電池的發(fā)展和需求。

多孔碳材料具有良好的電化學(xué)性能，并且孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積很高，脫鋰和嵌鋰位點(diǎn)豐富，有利于鋰離子的傳輸和傳輸，是一種廣泛研究的鋰離子電池負(fù)極材料，并且通過(guò)雜原子如氮、硫、硼、磷等摻雜，可以調(diào)節(jié)多孔碳的電化學(xué)性質(zhì)和孔道結(jié)構(gòu)，是一種有效的多孔碳負(fù)極改性的策略。

(一)解決的技術(shù)問(wèn)題

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種N,S原位摻雜多孔碳的鋰離子電池負(fù)極材料及制備方法，具有更高的比容量和優(yōu)異的倍率性能。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種N,S原位摻雜多孔碳的鋰離子電池負(fù)極材料，所述N,S原位摻雜多孔碳的鋰離子電池負(fù)極材料制備方法如下所示：

(1)向反應(yīng)瓶中加入蒸餾水溶劑、乳化劑十二烷基苯磺酸鈉、丙烯腈、聚苯乙烯和氯甲基聚苯乙烯，超聲分散均勻后置于恒溫水浴鍋中，加熱至50-70℃，加入偶氮二異丁腈，反應(yīng)2-5h，離心分離、洗滌并干燥，制備得到聚丙烯腈-聚苯乙烯嵌段共聚物。

(2)向反應(yīng)瓶中加入乙醇溶劑、聚丙烯腈-聚苯乙烯嵌段共聚物和硫脲，超聲分散均勻后，加熱至50-60℃，反應(yīng)5-10h，離心分離除去溶劑，使用蒸餾水洗滌后直至中性，制備得到硫脲接枝聚丙烯腈-聚苯乙烯嵌段共聚物。

(3)將硫脲接枝聚丙烯腈-聚苯乙烯嵌段共聚物和氫氧化鉀混合均勻，置于氣氛爐中高溫碳化，制備得到N,S原位摻雜多孔碳。

(4)將N,S原位摻雜多孔碳、導(dǎo)電碳黑和膠黏劑聚偏氟乙烯按照質(zhì)量比為8:1:1加入到N-甲基吡咯烷酮溶劑中，分散均勻后將漿料涂覆在銅箔集流體上，干燥并沖壓成電極片，制備得到N,S原位摻雜多孔碳的鋰離子電池負(fù)極材料。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中的恒溫水浴鍋包括加熱裝置，加熱裝置上方設(shè)置有水浴鍋，水浴鍋能內(nèi)部設(shè)置有反應(yīng)瓶，水浴鍋外側(cè)固定連接有保溫層，保溫層上方設(shè)置有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌與導(dǎo)輪活動(dòng)連接，導(dǎo)輪活動(dòng)連接有保溫板。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中的十二烷基苯磺酸鈉、丙烯腈、聚苯乙烯、氯甲基聚苯乙烯和偶氮二異丁腈的質(zhì)量比為0.8-1.5:10-25:4-10:100:0.15-0.2。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中的聚丙烯腈-聚苯乙烯嵌段共聚物和硫脲的質(zhì)量比為100:20-50。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中的硫脲接枝聚丙烯腈-聚苯乙烯嵌段共聚物和氫氧化鉀的質(zhì)量比為10:20-40。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中的高溫碳化過(guò)程為氮?dú)夥諊?00-800℃下碳化2-4h。