一种氮掺杂碳材料的制备方法及制品、负极片和二次电池技术

本发明专利技术提供了一种氮掺杂碳材料的制备方法的制备方法及制品、负极片和二次电池，采用2,4,6

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂碳材料的制备方法及制品、负极片和二次电池


[0001]本专利技术涉及二次电池领域，具体涉及一种氮掺杂碳材料的制备方法及制品、负极片和二次电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其能量密度较大、工作电压高、循环性能良好及无记忆效应等优点受到了广泛的关注与重视。目前，锂离子电池的负极材料主要使用石墨，其成本低廉、来源丰富、电化学性能较为稳定。然而，石墨的理论克容量仅有372mAh*g
‑1，随着信息时代的到来，人们往往倾向于超级快充和超高能量密度的锂离子电池，而提高锂离子电池负极的克容量往往有助于改善锂离子电池的倍率充放电和能量密度等性能。负极作为锂离子电池中锂离子的受体具有至关重要的作用，石墨负极的锂离子电池因为嵌锂能力有限，克容量明显偏低，难以满足客户和项目对性能的要求，因此提高负极活性物质的脱/嵌锂能力和克容量势在必行。所以需要设计出提高负极材料自身容量、获得易于锂离子扩散、具有良好循环寿命和不存在安全隐患的适合高倍率的负极材料。
[0003]有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种氮掺杂碳材料的制备方法，得到的氮掺杂碳材料自身就具有较高容量，且可以改善电池负极的倍率充放电性能以及循环寿命。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种氮掺杂碳材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪、2,5
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二羟基对苯二甲醛、催化剂混合分散于含邻二氯苯的第一溶剂中，得到混合物；
[0008]S2、在保护气氛下对所述混合物依次进行冷冻
‑
抽气
‑
加第二溶剂，重复n次，n≥1，n∈N
*
；然后密封混合物并置于100～150℃下加热60～72h，冷却，洗涤，干燥，研磨，得到COF材料粉末；
[0009]S3、将步骤S2得到的COF材料粉末在惰性气氛中于700～900℃下碳化，碳化后得到氮掺杂碳材料。
[0010]优选的，步骤S1中，2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
‑
1,3,5
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三嗪与2,5
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二羟基对苯二甲醛的摩尔比为(5～9)：10。
[0011]优选的，所述催化剂为乙酸；第一溶剂为邻二氯苯和二甲基乙酰胺的混合液；第二溶剂为二甲基乙酰胺溶液。
[0012]优选的，步骤S1中，超声分散所述混合物，超声时间为10～30min。
[0013]优选的，步骤S2中，冷冻的温度为
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20～0℃，冷冻的时间为20～40min。
[0014]优选的，步骤S2中，n的取值大于或等于2。
[0015]优选的，步骤S2中，洗涤液为四氢呋喃溶液；干燥温度为70～90℃，干燥时间为12～24h。
[0016]优选的，步骤S3中，碳化的升温速率为2～4℃/min，在700～900℃下的保温时间为2～4h。
[0017]本专利技术的目的之二在于，提供一种氮掺杂碳材料，其由上述任一项所述的氮掺杂碳材料的制备方法制得。
[0018]本专利技术的目的之三在于，提供一种负极片，包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体至少一表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括上述所述的氮掺杂碳材料。
[0019]本专利技术的目的之四在于，提供一种二次电池，包括正极片、负极片和间隔于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述负极片为上述所述的负极片。
[0020]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的制备方法，采用2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪和2,5
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二羟基对苯二甲醛进行制备COF材料，同时采用含邻二氯苯的溶剂进行溶解，可更好的将原材料溶解均匀，得到的COF材料具有高度有序的周期性结构，且具有较高的比表面积和低密度，因此经由本专利技术COF材料得到的氮掺杂碳材料作为负极材料具有很高的克容量；此外，本专利技术得到的氮掺杂碳材料，在碳材料中掺杂氮元素可使得材料产生掺杂缺陷，提高电导率，有利于提高电子的输送速率和加速离子的嵌脱过程，进而提高倍率性能和循环寿命。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1～3中氮掺杂碳材料的SEM图和TEM图，其中，(a)为实施例1中COF材料粉末碳化后的SEM图，(b)为实施例1中COF材料粉末碳化后的TEM图；(c)为实施例2中COF材料粉末碳化后的SEM图，(d)为实施例2中COF材料粉末碳化后的TEM图；(e)为实施例3中COF材料粉末碳化后的SEM图，(f)为实施例3中COF材料粉末碳化后的TEM图。
具体实施方式
[0022]1、氮掺杂碳材料
[0023]本专利技术第一方面旨在提供一种氮掺杂碳材料的制备方法，包括以下步骤：
[0024]S1、将2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪、2,5
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二羟基对苯二甲醛、催化剂混合分散于含邻二氯苯的第一溶剂中，得到混合物；
[0025]S2、在保护气氛下对所述混合物依次进行冷冻
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抽气
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加第二溶剂，重复n次，n≥1，n∈N
*
；然后密封混合物并置于100～150℃下加热60～72h，冷却，洗涤，干燥，研磨，得到COF材料粉末；
[0026]S3、将步骤S2得到的COF材料粉末在惰性气氛中于700～900℃下碳化，碳化后得到氮掺杂碳材料。
[0027]本专利技术采用2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪作为制备原料之一，其具有更好的含氮量，一方面可提升COF碳化后的碳材料导电性，另一方面经过碳化后该原料中的氮仍可以较多的留于碳化后碳材料中，可提供较多的掺杂缺陷，以更进一步提高电子的输送速率和离子的嵌脱效率，从而提升电池的倍率性能和循环性能。其中，掺杂缺陷的原理为：半径不同的杂质粒子以间隙粒子进入晶体时，如果离子晶体中杂质离子的氧化数与所取代的
离子不一致，就会给晶体带来额外电荷，这些额外电荷必须通过其他相反电荷的离子来补偿或通过产生空位来抵消，以保持整个晶体的电中性。掺杂缺陷一般并不改变原基质晶体的晶格，但会因晶格畸化而活化，为粒子的迁移提供条件。而本专利技术中因为氮原子与碳原子的原子半径不一样，2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪、2,5
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二羟基对苯二甲醛、催化剂混合分散于含邻二氯苯的第一溶剂中，得到混合物；S2、在保护气氛下对所述混合物依次进行冷冻
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抽气
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加第二溶剂，重复n次，n≥1，n∈N
*
；然后密封混合物并置于100～150℃下加热60～72h，冷却，洗涤，干燥，研磨，得到COF材料粉末；S3、将步骤S2得到的COF材料粉末在惰性气氛中于700～900℃下碳化，碳化后得到氮掺杂碳材料。2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪与2,5
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二羟基对苯二甲醛的摩尔比为(5～9)：10。3.根据权利要求1或2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾瑞鑫，陈杰，杨山，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：