一种高导电性氮掺杂硅基负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高导电性氮掺杂硅粉及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。上述制备方法包括：以氮气为氮源，采用高频热等离子体工艺一步法同时实现硅的纳米化与氮掺杂，最终获得超细氮掺杂硅粉末。本方法不仅生产过程简单，为一步连续过程，设备易操作，且所需的原料成本低，易于推广。氮掺杂通过增加材料中载流子的浓度，提升了硅材料的电子导电率，促进了电子在硅材料中的导通能力。用作锂离子电池负极时，具有首次库伦效率高，循环稳定性优秀的优点，特别是倍率性能得到了明显提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池，涉及一种高导电性氮掺杂硅基负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

1、锂离子电池是目前消费电子市场最主要的能源存储与转换设备，市场需求仍处在不断增长的阶段，特别是电动汽车等新兴行业对锂离子电池的能量密度及性能提出了更高要求。正负电极材料是提升电池容量与性能的关键因素。目前最广泛使用的石墨负极材料只有372 mah/g的理论比容量，难以满足这一要求。

2、相比之下，硅具有高达4200 mah/g的理论比容量，被认为是一种极具潜力的负极材料。然而，硅在锂离子嵌入/脱出过程中会发生严重的体积变化（~300%），而且其本征电导率低，以及由此产生的差的电化学性能限制了其进一步应用。针对以上问题，主要的改进方向有两个，第一是减小硅的颗粒尺寸，减小硅颗粒的绝对体积变化，降低颗粒内部应力，从而改善循环性能。第二是提升硅材料的导电性能，改善倍率性能等，包括碳包覆及元素掺杂，前者属于外部提升，而后者属于内部提升，对于硅体积变化引发的颗粒粉化造成的电接触失效具有较好的应对能力。

3、例如专利cn106058227a公开了一种方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种高导电性氮掺杂硅粉，其特征在于，所述高导电性氮掺杂硅粉由微米级硅粉原料纳米化并掺杂氮得到，所述纳米化与氮掺杂通过高频热等离子体工艺一步法实现。

2. 根据权利要求1所述的高导电性氮掺杂硅粉，其特征在于，所述氮掺杂硅粉末由亚微米球和纳米线组成，其中亚微米球粒径的D50能够在50~500 nm范围内调节，纳米线的长径比为10~60。

3. 根据权利要求1所述的高导电性氮掺杂硅粉，其特征在于，所述氮掺杂硅粉末中氮掺杂量为 0.1~1.0 wt%，导电性能为6.01~47.90×10-6 S/cm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高导电性氮掺杂硅粉...

【技术特征摘要】

1.一种高导电性氮掺杂硅粉，其特征在于，所述高导电性氮掺杂硅粉由微米级硅粉原料纳米化并掺杂氮得到，所述纳米化与氮掺杂通过高频热等离子体工艺一步法实现。

2. 根据权利要求1所述的高导电性氮掺杂硅粉，其特征在于，所述氮掺杂硅粉末由亚微米球和纳米线组成，其中亚微米球粒径的d50能够在50~500 nm范围内调节，纳米线的长径比为10~60。

3. 根据权利要求1所述的高导电性氮掺杂硅粉，其特征在于，所述氮掺杂硅粉末中氮掺杂量为 0.1~1.0 wt%，导电性能为6.01~47.90×10-6 s/cm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高导电性氮掺杂硅粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁方利，董元江，金化成，丁飞，李保强，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：