氮掺杂石墨化介孔碳/氧化锌负极材料的制备方法技术

一种氮掺杂有序介孔石墨/氧化锌负极材料的制备方法，包括如下步骤：制备氨基化脂肪酸乙醇溶液；制备氮掺杂有序介孔石墨前驱体复合材料；将氮掺杂有序介孔石墨前驱体复合材料在氮气保护下热处理后，冷却得到有序介孔硅/氮掺杂石墨化碳复合材料；将有序介孔硅/氮掺杂石墨化碳复合材料加入氢氧化钠溶液中搅拌后，沉淀去掉上层液，将下层沉淀物经去离子水洗涤烘干，得到氮掺杂石墨化有序介孔碳；称取氯化锌溶解于乙醇溶液中形成氯化锌乙醇溶液，将氮掺杂石墨化有序介孔碳加入到氯化锌乙醇溶液中，进行搅拌后挥发得到第一产物，最后焙烧，冷却得到氮掺杂石墨化有序介孔碳/氧化锌负极材料。

【技术实现步骤摘要】
氮掺杂石墨化介孔碳/氧化锌负极材料的制备方法
本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种氮掺杂石墨化介孔碳/氧化锌负极材料的制备方法。
技术介绍
目前锂电池主要采用石墨类材料作为锂电池的负极材料，一方面，石墨类材料的层状结构易导致电解液溶剂离子的共嵌入，进而引起石墨层状结构的破坏，对电解液的选择性较高，大电流放电性能差；另一方面，在首次充放电过程中，溶剂化的锂离子会插入到石墨层间，还原分解产生新的物质，当它们产生应力超过石墨层间微弱的范德华力时，就会引起石墨体积膨胀，可直接导致石墨层的坍塌，从而影响石墨负极材料的循环稳定性和库伦效率。因此需要对石墨材料进行改性处理，目前对石墨材料采用较多的是包覆法，掺杂元素法，氧化还原法等表面改性方法。第一，包覆法是通过表面包覆，制备核壳结构C/C复合材料，一方面，通过表面包覆减小石墨的外表面积，从而减少因石墨过大的外表面积形成过多的SEI膜消耗额外的锂，提高材料的首次库仑效率；另一方面，通过表面包覆减少石墨外表面的活性点，使表面性质均一，避免溶剂的共嵌入，减少不可逆容量、减少溶剂共嵌入、提高电极的电化学性能。第二，掺杂元素法是在石墨材料中，有选择地掺入某些金属元素，或非金属元素，将改变石墨微观结构和电子状态，进而影响到石墨负极的嵌锂行为。目前元素的掺杂石墨改性可分为以下三类：1、元素掺杂对锂无化学和电化学活性，但可以改进石墨类材料的结构；2、掺杂元素是储锂活性物质，可与石墨类材料形成复合活性物质，发挥二者协同效应；3、掺杂元素无储锂活性，但可以增强石墨类材料的导电性，使电子更均匀分布在石墨颗粒表面，减小极化，从而改善其大电流充放电性能。第三，氧化还原法主要是在不规整电极界面(锯齿位和摇椅位)处生成酸性基团(如-OH，-COOH等)，嵌锂前这些基团可以阻止溶剂分子的共嵌入并提高电极/电解液间的润湿性，减小界面阻抗，首次嵌锂时转变为羧酸锂盐和表面-OLi基团，形成稳定的SEI膜。无论是包覆法、掺杂元素法及氧化法都能够在不同程度改变石墨的界面性质和电子状态，降低表面溶剂分解反应的活性，从而提高石墨负极材料的脱锂容量，提高石墨负极的导电性和锂的扩散速率，改善大电流充放电性能和循环性能。虽然这些方法可以从不同角度对石墨性能进行改善，但是单一的方法对石墨性能的改进比较局限，采用两种及两种以上的方法相结合，对石墨进行改性，得到的石墨比单一方法改性石墨性能更优异。鉴于此，实有必要提供一种新型的氮掺杂石墨化介孔碳/氧化锌负极材料的制备方法来克服以上缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氮掺杂石墨化介孔碳/氧化锌负极材料的制备方法，所制备的氮掺杂石墨化介孔碳/氧化锌负极材料，不仅孔径有序均一，有利于锂离子在材料内部迁移传输，而且能吸收应力，防止在充放电过程中石墨结构的剥离，粉化，提高锂离子迁移速率。为了实现上述目的，本专利技术提供一种氮掺杂有序介孔石墨/氧化锌负极材料的制备方法，包括如下步骤：①先称取7～8g的脂肪酸和称取一定质量的有机胺化合物溶于无水乙醇溶剂中形成混合液，然后将混合液置于容器中混合均匀，最后往混合液中加入催化剂或缩合剂反应后，提纯得到氨基化脂肪酸乙醇溶液；②先称取5～6g的有序介孔硅均匀分散于无水乙醇溶剂中形成悬浮液，然后往悬浮液中加入氨基化脂肪酸乙醇溶液形成第一混合物，再将第一混合物经超声分散后置于烘箱中在第一预设温度下干燥第一预设时间得到固体粉末，再将固体粉末置于在氮气保护下的容器中，且在第二预设温度下热处理第二预设时间后，最后冷却取出得到氮掺杂有序介孔石墨前驱体复合材料；③先将②中得到的氮掺杂有序介孔石墨前驱体复合材料置于在氮气保护下的容器中，然后在第三预设温度下热处理第三预设时间后，最后在氮气保护下自然冷却，得到有序介孔硅/氮掺杂石墨化碳复合材料；④先配置浓度1.0mol/L～1.5mol/L的氢氧化钠溶液，然后将有序介孔硅/氮掺杂石墨化碳复合材料加入氢氧化钠溶液中形成第二混合物，再将第二混合物在室温下搅拌第三预设时间使其充分接触反应后，静置自然沉淀去掉上层清液，再将下层黑色沉淀物经去离子水稀释过滤后经洗涤烘干后，得到氮掺杂石墨化有序介孔碳；⑤先称取1.0～1.8g氯化锌溶解于乙醇溶液中形成氯化锌乙醇溶液，然后将得到的氮掺杂石墨化有序介孔碳加入到氯化锌乙醇溶液中形成第三混合物，再将第三混合物在室温下进行超声搅拌分散，再将分散后的第三混合物转移至容器中使乙醇挥发得到第一产物，最后将第一产物在空气氛围中高温焙烧，待第一产物冷却后取出，得到氮掺杂石墨化有序介孔碳/氧化锌负极材料。具体的，步骤①中的所述脂肪酸可以是硬脂酸、月桂酸、肉豆蔻酸中的一种。具体的，步骤①中的所述锌源可以是氯化锌、硝酸锌、硫酸锌及磷酸锌中的一种。具体的，步骤①中的所述有机胺化合物可以是乙二胺、苯甲胺、己二胺中的一种。具体的，步骤②中所述的第一预设温度为：85℃～120℃，第一预设时间：1h～2h；第二预设温度为：200℃～400℃，第二预设时间为：6h-8h。具体的，步骤③中所述的第三预设温度为：1000℃-1200℃，第三预设时间为：4h～6h。具体的，步骤④中所述的第三预设时间为：2h～3h。与现有技术相比，本专利技术实施例得到的氮掺杂石墨化有序介孔碳/氧化锌负极材料孔径有序均一，有利于锂离子在材料内部迁移传输，能吸收应力，提高锂电池的循环寿命；防止在充放电过程中石墨结构的剥离，粉化，提高锂离子迁移速率。另外，应用本专利技术实施例得到的氮掺杂石墨化有序介孔碳/氧化锌负极材料制备的锂电池的低温充电性能和循环性能效果良好。【附图说明】图1为本专利技术实施例1所制备的氮掺杂石墨化有序介孔碳的TEM图。图2为本专利技术实施例1所制备的氮掺杂石墨化有序介孔碳的XRD图。图3为本专利技术实施例1所制备的氮掺杂石墨化有序介孔碳/氧化锌负极材料和传统石墨材料的SEM图。图4为应用本专利技术实施例1得到的氮掺杂石墨化有序介孔碳/氧化锌负极材料材料(A)制成的锂电池与传统石墨材料(B)制成的锂电池在-20℃下0.5C的倍率下的充电性能对比图。图5为应用本专利技术实施例1得到的氮掺杂石墨化有序介孔碳/氧化锌负极材料制成的锂电池与传统石墨材料制成的锂电池在常温下3C倍率下的循环性能对比图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并不是为了限定本专利技术。本专利技术提供一种氮掺杂有序介孔石墨/氧化锌负极材料的制备方法，包括如下步骤：①先称取7～8g的脂肪酸和称取一定质量的有机胺化合物溶于无水乙醇溶剂中形成混合液，然后将混合液置于容器中混合均匀，最后往混合液中加入催化剂或缩合剂反应后，提纯得到氨基化脂肪酸乙醇溶液。②先称取5～6g的有序介孔硅均匀分散于无水乙醇溶剂中形成悬浮液，然后往悬浮液中加入氨基化脂肪酸乙醇溶液形成第一混合物，再将第一混合物经超声分散后置于烘箱中在第一预设温度下干燥第一预设时间得到固体粉末，再将固体粉末置于在氮气保护下的容器中，且在第二预设温度下热处理第二预设时间后，最后冷却取出得到氮掺杂有序介孔石墨前驱体复合材料。③先将②中得到的氮掺杂有序介孔石墨前驱体复合材料置于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮掺杂有序介孔石墨/氧化锌负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：①先称取7～8g的脂肪酸和称取一定质量的有机胺化合物溶于无水乙醇溶剂中形成混合液，然后将混合液置于容器中混合均匀，最后往混合液中加入催化剂或缩合剂反应后，提纯得到氨基化脂肪酸乙醇溶液；②先称取5～6g的有序介孔硅均匀分散于无水乙醇溶剂中形成悬浮液，然后往悬浮液中加入氨基化脂肪酸乙醇溶液形成第一混合物，再将第一混合物经超声分散后置于烘箱中在第一预设温度下干燥第一预设时间得到固体粉末，再将固体粉末置于在氮气保护下的容器中，且在第二预设温度下热处理第二预设时间后，最后冷却取出得到氮掺杂有序介孔石墨前驱体复合材料；③先将②中得到的氮掺杂有序介孔石墨前驱体复合材料置于在氮气保护下的容器中，然后在第三预设温度下热处理第三预设时间后，最后在氮气保护下自然冷却，得到有序介孔硅/氮掺杂石墨化碳复合材料；④先配置浓度1.0mol/L～1.5mol/L的氢氧化钠溶液，然后将有序介孔硅/氮掺杂石墨化碳复合材料加入氢氧化钠溶液中形成第二混合物，再将第二混合物在室温下搅拌第三预设时间使其充分接触反应后，静置自然沉淀去掉上层清液，再将下层黑色沉淀物经去离子水稀释过滤后经洗涤烘干后，得到氮掺杂石墨化有序介孔碳；⑤先称取1.0～1.8g氯化锌溶解于乙醇溶液中形成氯化锌乙醇溶液，然后将得到的氮掺杂石墨化有序介孔碳加入到氯化锌乙醇溶液中形成第三混合物，再将第三混合物在室温下进行超声搅拌分散，再将分散后的第三混合物转移至容器中使乙醇挥发得到第一产物，最后将第一产物在空气氛围中高温焙烧，待第一产物冷却后取出，得到氮掺杂石墨化有序介孔碳/氧化锌负极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂有序介孔石墨/氧化锌负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：①先称取7～8g的脂肪酸和称取一定质量的有机胺化合物溶于无水乙醇溶剂中形成混合液，然后将混合液置于容器中混合均匀，最后往混合液中加入催化剂或缩合剂反应后，提纯得到氨基化脂肪酸乙醇溶液；②先称取5～6g的有序介孔硅均匀分散于无水乙醇溶剂中形成悬浮液，然后往悬浮液中加入氨基化脂肪酸乙醇溶液形成第一混合物，再将第一混合物经超声分散后置于烘箱中在第一预设温度下干燥第一预设时间得到固体粉末，再将固体粉末置于在氮气保护下的容器中，且在第二预设温度下热处理第二预设时间后，最后冷却取出得到氮掺杂有序介孔石墨前驱体复合材料；③先将②中得到的氮掺杂有序介孔石墨前驱体复合材料置于在氮气保护下的容器中，然后在第三预设温度下热处理第三预设时间后，最后在氮气保护下自然冷却，得到有序介孔硅/氮掺杂石墨化碳复合材料；④先配置浓度1.0mol/L～1.5mol/L的氢氧化钠溶液，然后将有序介孔硅/氮掺杂石墨化碳复合材料加入氢氧化钠溶液中形成第二混合物，再将第二混合物在室温下搅拌第三预设时间使其充分接触反应后，静置自然沉淀去掉上层清液，再将下层黑色沉淀物经去离子水稀释过滤后经洗涤烘干后，得到氮掺杂石墨化有序介孔碳；⑤先称取1.0～1.8g氯化锌溶解于乙醇溶液中形成氯化锌乙醇溶液，然后将得到的氮掺杂石墨化有序介孔碳加入到氯化锌乙醇溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍伟，焦奇方，杨泛明，黎明旭，许辉，
申请(专利权)人：深圳市沃特玛电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44