[发明专利]一种硼、氮掺杂锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种硼、氮掺杂锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：1)将三聚氰胺、硼酸氨、正硅酸乙酯、盐酸、去离子水和乙醇混合，获得胶状前驱体溶液；2)将步骤1)所述胶状前驱体溶液加热，使其转化为复合物颗粒，洗涤并烘干后得到中间产物；3)将步骤2)所述中间产物在惰性气氛下进行碳化，碳化后的产品掺杂石墨进行球磨处理，获得硼、氮掺杂锂离子电池负极材料。本发明提供的制备方法工艺简单且制备出的负极材料表现出稳定的电化学循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种硼、氮掺杂锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

目前石墨作为商业化锂离子电池负极材料被广泛使用，但石墨负极材料理论容量仅为372mA·h/g，实际使用过程中容量更低，已经不能满足人们对高容量、高稳定性锂离子电池电极材料的需求。硅作为一种极具潜力的锂离子电池电极材料，理论容量高达4200mA·h/g，但其低的导电率以及在充放电过程中的体积效应大大限制了它的实际应用。相关研究发现，硼、氮等元素的引入对于电极材料的容量或者稳定性或多或少会产生影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前已有技术之不足，提供一种硼、氮掺杂锂离子电池负极材料制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种硼、氮掺杂锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将三聚氰胺、硼酸氨、正硅酸乙酯、盐酸、去离子水和乙醇混合，获得胶状前驱体溶液；

2)将步骤1)所述胶状前驱体溶液加热，使其转化为复合物颗粒，洗涤并烘干后得到中间产物；

3)将步骤2)所述中间产物在惰性气氛下进行碳化，碳化后的产品掺杂一定比例的石墨进行球磨处理，获得硼、氮掺杂锂离子电池负极材料。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。

具体的，所述混合是指在室温条件下搅拌1小时。

具体的，所述三聚氰胺、硼酸氨、正硅酸乙酯、盐酸、去离子水和乙醇的用量比为每克三聚氰胺对应0.6-1.2g硼酸氨、2-3g正硅酸乙酯、1-2ml盐酸、10-20mL去离子水、10-20mL乙醇；其中盐酸浓度为0.05-0.15M。

具体的，所述加热是指将所述胶状前驱体溶液放入加热炉中加热，其中所述加热炉为马弗炉，加热温度为400-500℃，升温速率为8-15℃/min，保温时间1-3h。

具体的，所述洗涤是指用去离子水洗涤3-5次。所述烘干是指在较高温度下进行加热干燥，采用实验室常规烘干参数即可。所述洗涤使用过量的去离子水，一般是被洗涤物质的3-5倍。

具体的，所述惰性气氛下进行加热碳化，所述加热碳化是指将所述中间产物放入真空管式气氛炉中碳化，加热温度800-950℃，升温速率为5-10℃/min，保温时间2-4h，惰性气氛为氮气或氩气气氛。

具体的，所述石墨的掺杂量以获得硼、氮掺杂锂离子电池负极材料的质量分数计为10-35％，所述球磨处理时间为1-3h。具体的，石墨的掺杂量为整体质量的10-35％，中间产物的质量是65-90％，即石墨与中间产物的质量比为10-35：65-90。

另外，本发明还提供了一种使用上述硼、氮掺杂锂离子电池负极材料的制备方法制备的硼、氮掺杂锂离子电池负极材料。

另外，本发明还提供了上述的硼、氮掺杂锂离子电池负极材料在锂电池中的用途。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的方法中三聚氰胺、硼酸氨、正硅酸乙酯这三种原料为工业上常见原料，且价格便宜，且该制备方法工艺简单，适合工业化大规模生产。