[发明专利]一种掺杂量可控的氮掺杂型碳材料的制备方法及应用

权利要求书

1.一种掺杂量可控的用于锂离子电池负极材料的氮掺杂型碳材料的制备方法，其特征在于，通过离子注入技术制备氮掺杂型碳材料，所述方法包括：在电磁场作用下，将离子源产生的离子经加速后高速射向碳材料表面，通过调节离子注入能量和辐照剂量实现氮元素的掺杂；

其中，所述离子注入能量为10~100KeV；所述辐照剂量为10¹⁰~10¹⁶ions/cm²，氮离子源为高纯氮气经过高压激发电离后形成的氮离子源；所述碳材料选自石墨、活性炭、炭黑、碳纳米管、中间相碳微球、石墨烯或其混合物；

采用离子注入技术制备的氮掺杂型碳材料中，氮的掺杂量为15~70%；

所述碳材料采用极片形式，所述的极片形式是将碳材料镀在铜片上形成碳膜，经过冲片机，冲成碳材料极片。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，氮的掺杂量为15~50%。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，氮的掺杂量为15-40%。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，氮的掺杂量为15-35%。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，氮的掺杂量为15-30%。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子注入能量为30-90KeV。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述离子注入能量为50-80KeV。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子辐照剂量为10¹²~10¹⁶ ions/cm²。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料选自石墨、炭黑、活性炭或其混合物。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将镀活性炭铜片或者镀石墨铜片在50-100℃的温度下烘干4-24小时，经过冲片机，将上述烘干后样品冲成极片。

11.根据权利要求1-10任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料极片是石墨极片、活性炭极片、炭黑极片、碳纳米管极片、中间相碳微球极片、石墨烯极片或其混合物所制备的极片。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料极片是活性炭极片或石墨极片。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭极片包括活性炭和炭黑的混合物。

14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭极片还包括海藻酸钠；所述极片是通过活性炭和炭黑的混合物镀在铜片上形成的活性炭极片；

所述活性炭极片为活性炭：炭黑：海藻酸钠按照6~9.8：0.1~2：0.1~2的比例混合后镀在铜片上。

15.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述石墨极片包括石墨和炭黑的混合物。

16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述石墨极片还包括海藻酸钠；所述极片是通过石墨和炭黑的混合物镀在铜片上形成的石墨极片；

所述石墨极片为石墨：炭黑：海藻酸钠按照6~9.8：0.1~2：0.1~2的比例混合后镀在铜片上。