一种氮-磷掺杂的泡沫状多孔碳材料及其制备方法技术

本申请提供了一种氮

【技术实现步骤摘要】
一种氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料及其制备方法


[0001]本申请涉及锂离子电池
，特别是涉及一种氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有储能密度大、开路电压高、自放电率低、循环寿命长、安全性好等优点，广泛应用于电能储存、移动电子设备、电动汽车和航天航空设备等各个领域。随着移动电子设备和电动汽车进入高速发展阶段，市场对锂离子电池的能量密度、安全性、循环性能和使用寿命等都提出了越来越高的要求。
[0003]多孔碳材料因来源丰富、孔隙发达、可修饰性强和环境友好等优点，被广泛应用于电化学领域。然而，以碳为唯一构成元素的多孔材料因表面基团种类和数量极少，使材料高比表面积、高孔隙率等优点无法有效利用，因而限制了多孔碳材料的电化学性能，也限制了多孔碳材料在锂离子电池中的应用。因此，如何提高多孔碳材料的电化学性能，进而改善锂离子电池的电化学性能成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料及其制备方法，以制得具有良好电化学性能的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料，进而改善锂离子电池的电化学性能。具体技术方案如下：
[0005]本申请的第一方面提供了一种氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料，基于氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的总质量，碳元素的质量百分含量为85％
‑
93％，氮元素的质量百分含量为6％
‑
12％，磷元素的质量百分含量为1％
‑
3％；在氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的拉曼图谱中，氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料满足：0<I
D
/I
G
<1.5，其中，I
D
表示拉曼图谱对应峰位为1360cm
‑1±
10cm
‑1时的峰强，I
G
表示拉曼图谱对应峰位为1590cm
‑1±
10cm
‑1时的峰强。
[0006]在本申请的一些实施方案中，氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料，其比表面积为150m2/g
‑
300m2/g。
[0007]在本申请的一些实施方案中，氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料，其包括孔径为1nm
‑
28nm的孔隙，所述氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的孔隙率为0.150cm3/g
‑
0.250cm3/g。
[0008]本申请的第二方面提供了一种上述任一实施方案中的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0009](1)将乳粉加入去离子水中，混合均匀后得到乳粉乳液；其中，基于乳粉的总质量，蛋白质的质量百分含量为12％
‑
25％，脂肪的质量百分含量为10％
‑
40％；乳粉乳液的固含量为1wt％
‑
10wt％；
[0010](2)将乳粉乳液进行水热合成反应，反应完成后进行干燥处理得到碳前驱体；其中，水热合成反应的反应温度为100℃
‑
140℃、反应时间为16h
‑
20h；
[0011](3)将碳前驱体进行高温热处理，冷却至室温后，清洗、干燥处理得到氮
‑
磷掺杂的
泡沫状多孔碳；其中，高温热处理的步骤包括以2℃/min
‑
8℃/min的升温速率升温至390℃
‑
410℃，保温1.5h
‑
2.5h，再以2℃/min
‑
8℃/min的升温速率升温至500℃
‑
650℃，保温0.5h
‑
3h。
[0012]在本申请的一些实施方案中，清洗的步骤包括先用酸溶液清洗0.5h
‑
1.5h，再用无水乙醇和去离子水交替清洗3次
‑
7次；酸溶液中的酸选自HCl、H2SO4、HNO3中的至少一种。
[0013]本申请的第三方面提供了一种负极极片，其包括负极材料层，负极材料层包括负极材料，负极材料包括上述任一实施方案中的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料。
[0014]在本申请的一些实施方案中，基于负极材料层的总质量，氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的质量百分含量为70％至95％。
[0015]本申请的第四方面提供了一种锂离子电池，其包括上述任一实施方案中的负极极片。
[0016]本申请提供了一种氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料及其制备方法，通过调控碳、氮、磷元素的质量百分含量，以及使氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料材料满足：0<I
D
/I
G
<1.5，得到的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料具有良好的电化学性能，例如，较高的容量、电化学活性、导电性和离子传输能力。将本申请提供的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料用作锂离子电池的负极材料，有利于改善锂离子电池的电化学性能。
[0017]当然，实施本申请的任一实施方案并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
[0019]图1为实施例1中的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的X射线衍射(XRD)图谱；
[0020]图2为实施例1中的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的拉曼(Raman)图谱；
[0021]图3为实施例1中的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的扫描电子显微镜(SEM)照片；
[0022]图4为实施例1中的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的扫描电子显微镜
‑
X射线能量色散光谱(SEM
‑
EDX)图谱；
[0023]图5为实施例1中的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的的循环性能图；
[0024]图6为实施例1中的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的氮吸附
‑
解吸曲线图；
[0025]图7为实施例1中的氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的孔径分布图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料，基于所述氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的总质量，碳元素的质量百分含量为85％
‑
93％，氮元素的质量百分含量为6％
‑
12％，磷元素的质量百分含量为1％
‑
3％；在所述氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的拉曼图谱中，所述氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料满足：0<I
D
/I
G
<1.5，其中，I
D
表示拉曼图谱对应峰位为1360cm
‑1±
10cm
‑1时的峰强，I
G
表示拉曼图谱对应峰位为1590cm
‑1±
10cm
‑1时的峰强。2.根据权利要求1所述氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料，其比表面积为150m2/g
‑
300m2/g。3.根据权利要求1所述氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料，其包括孔径为1nm
‑
28nm的孔隙，所述氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的孔隙率为0.150cm3/g
‑
0.250cm3/g。4.一种权利要求1
‑
3中任一项所述氮
‑
磷掺杂的泡沫状多孔碳材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将乳粉加入去离子水中，混合均匀后得到乳粉乳液；其中，基于所述乳粉的总质量，蛋白质的质量百分含量为12％
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓晶，赵俊凯，
申请(专利权)人：山东华诚高科胶粘剂有限公司，
类型：发明
国别省市：