[發明專利]一種多孔氮摻雜碳納米管負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202210907851.9
• 申請日: 2022-07-29
• 公開（公告）號: CN115036495B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 韓峰;彭淵敏;王劍秋
• 申請（專利權）人: 贛州市瑞富特科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南昌金軒知識產權代理有限公司 36129
• 代理人: 夏軍

本發明公開了一種多孔氮摻雜碳納米管負極材料及其制備方法，屬于碳納米管及鋰離子電池負極材料技術領域。本發明多孔氮摻雜碳納米管負極材料的制備方法依次包括：碳納米管的改性、改性碳納米管氮的預處理、氮摻雜改性碳納米管修飾的金屬氧化物。本發明工藝方法制備得到一種復合材料N?ZrO₂/CNTs@Ti?Zn，其能夠作為負極材料用于制備高性能、高容量鋰離子電池，實際應用中不僅穩定性高，且具有傳統石墨負極材料鋰離子電池數倍的比容量以及優異的循環性能，突破了現有常規鋰離子電池容量的局限以及有效克服了其他負極材料使用性能上的缺陷，具有很好的市場競爭力。

技術領域

本發明屬于碳納米管及鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種多孔氮摻雜碳納米管負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是以碳素材料為負極、以能夠吸收脫去鋰離子的金屬氧化物為正極、充電放電伴隨鋰離子的嵌入和脫出的電池。如今的鋰離子電池有效克服了以往鋰電池因鋰枝晶所引起的安全性能缺陷，同時具有電壓平臺高、貯存能量密度高、使用壽命長、自放電率低、無記憶效應、循環性能好等優點，是目前手機、筆記本電腦、電動車輛等產品中應用最為廣泛的電池。但是鋰離子電池傳統的石墨基負極材料的理論容量有限，相應制備得到的鋰離子電池性能也基本達到瓶頸；基于此，為了制備性能更加優異的鋰離子電池，仍需對其負極材料作進一步改進研發。

碳納米管是由石墨片層卷曲而成的圓柱結構，其較大的層間距能夠使得鋰離子更加易于嵌脫，管狀結構在反復充放電過程中不會崩塌，有利于提高鋰離子電池的充放電容量和循環穩定性；然而，碳納米管表面活性較高，制作電極時不容易分散，尤其添加量較大時更為明顯。而金屬氧化物因為電勢較低、理論容量大、儲量豐富等優點，在電池領域引起了人們的廣泛關注；然而，金屬氧化物的導電性能較差，一定程度阻礙了電化學鋰離子的嵌入和脫出，并且其在充放電循環過程中體積變化較大，還會使得電池循環性能降低。

基于此，仍需開發研究一種容量大同時具有優異循環性能的鋰離子電池負極材料。

發明內容

針對背景技術中提及的碳納米管與金屬氧化物作為鋰離子負極材料使用性能上存在的各種不足及缺陷，本發明的目的在于提供一種多孔氮摻雜碳納米管負極材料及其制備方法，旨在解決現有傳統石墨基負極材料理論容量有限，無法制造突破上限的、高比容量鋰離子電池的技術缺陷。

為達成上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供了一種多孔氮摻雜碳納米管負極材料的制備方法，包括如下步驟：

1)碳納米管的改性：將ZrO(NO₃)₂加入碳納米管的乙醇分散液中，超聲攪拌1-2h，再向所得混合液中加入異丁醇，調節pH恒溫水浴過夜，干燥后高溫煅燒得到改性碳納米管；

2)改性碳納米管氮的預處理：取步驟1)所得改性碳納米管在水中超聲分散，加入1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺，混勻后水熱反應，反應結束體系保持恒溫；

3)氮摻雜改性碳納米管修飾的金屬氧化物：在步驟2)反應后體系中加入TiCl₃·6H₂O和ZnSO₄·7H₂O，混勻后水熱反應，反應產物高溫煅燒即得多孔氮摻雜改性碳納米管修飾的金屬氧化物。

針對碳納米管作鋰離子電池負極材料時存在的局限與缺點，本發明采用將ZrO(NO₃)₂加入碳納米管的乙醇水分散液、調節pH反應，對碳納米管表面進行控量改性，得到的二氧化鋯改性碳納米管ZrO₂/CNTs表面活性大幅度降低，從而有效解決了后續制作負極材料時的分散問題，為后續工藝步驟制作高容量負極材料提供了很好的基礎。