[发明专利]多孔掺氮石墨烯材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

一种多孔掺氮石墨烯材料的制备方法，包括：制备石墨烯粉体；将所述石墨烯粉体与氢氧化钾粉末混合，得到一混合物，并在氩气和氨气气氛下对所述混合物进行热处理，得到一反应产物；及洗涤并干燥所述反应产物，得到所述多孔掺氮石墨烯材料。本发明还提供一种多孔掺氮石墨烯材料及锂离子电池。本发明提供的多孔掺氮石墨烯材料用量少、能量密度高且比容量大。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种多孔掺氮石墨烯材料、多孔掺氮石墨烯材料的制备方法及锂离子电池。

背景技术

进入21世纪以来，全球经济不断发展，能源消耗量不断增加，煤炭、石油和天然气等传统能源的储存量不断减少，能源危机日益严重。而且传统能源的燃烧排放出大量废气，引起了雾霾、温室效应、环境污染等问题。因而发展新能源技术是解决能源问题和环境问题的必然选择。

锂离子电池是二次电池的一种，与镍氢电池、铅酸电池相比，具有能量密度高、输出电压高、循环性能好、自放电小、可以快速充电、工作温度范围宽(-20℃-60℃)、输出功率大、使用寿命长、绿色环保等优点，锂离子电池在储能装置中极具竞争力。

目前，锂离子电池研究需要解决的问题主要是电池的能量密度与功率密度。在电池材料中，正极材料导电性往往较差(钴酸锂的电导率只有10^-3S·cm^-1，而磷酸铁锂的电导率远小于钴酸锂，只有10^-9S·cm^-1)，因此，在电池制备过程中，需要添加导电添加剂来提高电极的电导率。

在现有技术中，常使用石墨烯作为锂离子电池的新型导电添加剂。石墨烯与活性物质之间采用了点面接触的方式，在使用很少的石墨烯的情况下就可以构建良好的导电网络，提高电池的能量密度。然而，在纳米尺寸的磷酸铁锂体系中使用石墨烯作为导电添加剂时，相比于磷酸铁锂，石墨烯尺寸较大，会阻碍锂离子在电极中的传输。特别是在大倍率充放电条件下，石墨烯片层对锂离子传输的位阻效应非常突出，导致电池内部严重极化，比容量显著减少。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用量少、能量密度高且比容量大的多孔掺氮石墨烯材料的制备方法。

还有必要提供一种用量少、能量密度高且比容量大的多孔掺氮石墨烯材料。

还有必要提供一种应用所述多孔掺氮石墨烯材料的锂离子电池。

一种多孔掺氮石墨烯材料的制备方法，包括：制备石墨烯粉体；将所述石墨烯粉体与氢氧化钾粉末混合，得到一混合物，并在氩气和氨气气氛下对所述混合物进行热处理，得到一反应产物；及洗涤并干燥所述反应产物，得到所述多孔掺氮石墨烯材料。

进一步地，所述石墨烯粉体与所述氢氧化钾粉末的质量比为1:10-1:1。

进一步地，所述制备石墨烯粉体包括如下步骤：提供氧化石墨粉末并将所述氧化石墨粉末置于管式炉中；及在真空下对所述氧化石墨粉末进行热处理。

进一步地，所述氧化石墨粉末的热处理的温度为200-500℃，所述氧化石墨粉末的热处理时间为1-3h，升温速率为7-15℃/min。

进一步地，所述混合物的热处理的温度为500-900℃，所述混合物的热处理的时间为1-4h，升温速率为2-10℃/min。

进一步地，所述氩气的气体流量为80-120mL/min，所述氨气的气体流量为10-100mL/min。

进一步地，洗涤所述反应产物的方法为使用酸性溶液和去离子水洗涤所述反应产物。

进一步地，在烘箱中干燥所述反应产物，烘干温度为60-90℃，烘干时间为12-24h。