[发明专利]一种氮掺杂石墨烯包覆SiC纳米颗粒锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种氮掺杂石墨烯包覆SiC纳米颗粒锂离子电池负极材料的制备方法，包括：在氨气氛围中，加热SiC纳米颗粒至预定时间，冷却得到氮掺杂石墨烯包覆SiC纳米颗粒。所制备的氮掺杂石墨烯包覆SiC纳米颗粒能显著提高锂离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及新型锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂石墨烯包覆SiC纳米颗粒锂离子电池负极材料的研制方法。

背景技术

目前商业化的锂离子电池体系通常采用石墨作为负极材料，锂镍锰钴氧化物（NMC）作为正极材料。其中，石墨负极的理论质量比容量为370 mAh g⁻¹（未锂化），晶体密度为2.266 g cm⁻³，体积比容量为841 mAh cm⁻³（未锂化）或719 mAh cm⁻³锂化）。因此，当与商业化正极材料匹配时，石墨可占电池总体积的55-60 %。此外，石墨负极在大倍率下存在锂枝晶问题，这严重制约了石墨负极锂离子电池应用。目前，常用的提高离子在电极材料中传输效率的手段是通过形貌和颗粒尺寸调控来缩短离子输运距离。但由于充放电过程涉及多电子和多离子的转移，因而形貌和尺寸上的调控并不能从根本上改变电极材料自身的缓慢动力学过程，这导致锂离子电池的倍率性能及循环寿命显著降低。

综上所述，设计具有良好结构稳定性且能够实现快速电子转移和离子传递的高性价比锂离子电池负极材料至关重要。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种氮掺杂石墨烯包覆SiC纳米颗粒锂离子电池负极材料的制备方法，能够实现锂离子电池的快速电子转移。

根据第一方面，一种氮掺杂石墨烯包覆SiC纳米颗粒锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，在氨气氛围中，加热SiC纳米颗粒至预定时间，冷却得到氮掺杂石墨烯包覆SiC纳米颗粒。

优选地，氮掺杂石墨烯包覆SiC纳米颗粒的制备方法，包括步骤：

S1、称取一定质量SiC纳米颗粒置于容器中，将所述盛装有一定质量SiC纳米颗粒的容器置于加热系统；

S2、抽空所述加热系统中的空气，然后向所述加热系统中通入氨气，直到所述加热系统达到常压；

S3、加热所述加热系统，同时向所述加热系统中持续通入氨气；

S4、关闭电源，停止通入所述氨气，待所述加热系统在氨气中自然冷却至室温。

优选的，氮掺杂石墨烯包覆SiC纳米颗粒的直径为100~300 nm。

优选的，容器为单温区水平高温管式炉，所述SiC纳米颗粒置于所述单温区水平高温管式炉的炉管的中间位置。

优选的，单温区水平高温管式炉设有抽气装置，所述抽气装置可将所述单温区水平高温管式炉内部的空气压强抽空。

优选的，单温区水平高温管式炉还设有充气装置，当所述装置内部的空气被抽空至负压之后，所述充气装置就向所述单温区水平高温管式炉的内部通入所述氨气，直到所述单温区水平高温管式炉的压强恢复至常压。

优选的，充气装置向所述单温区水平高温管式炉充气时，所述氨气的流量为150sccm。

技术效果说明，将单温区水平高温管式炉内部的空气全部抽空，然后充入氨气，这是为了研究在只有氨气的环境下高温加热SiC纳米颗粒，表面所形成的石墨烯只能是氮掺杂的石墨烯，而不是其他元素掺杂的石墨烯。

优选的，单温区水平高温管式炉的加热方法为以10 °C每分钟的升温速率升至1500 °C，并在1500 °C温度下保温一定的时间。

优选的，单温区水平高温管式炉在1500 °C温度下保温的时间为5-10分钟。