[发明专利]超高比表面积氮磷掺杂碳材料及其应用

说明书

超高比表面积氮磷掺杂碳材料及其应用。该掺杂碳材料的制备方法包括：将所述氮源、磷源以及任选的反应溶剂混合后进行聚合反应；以及将所得反应产物在保护气氛下进行热处理后即得电极材料。根据本发明所制备的电极材料为超高比表面积(比表面积高达2195.9m²/g)氮磷掺杂碳材料，具有优异的电化学性能，适合应用于锂电池。

技术领域

本发明总体涉及一种二次电池电极材料。

背景技术

为构建清洁低碳、安全高效的能源体系，这在很大程度上促进了二次电池的发展，尤其是锂离子电池。锂离子电池作为目前商业化最成功的电池体系，具有能量密度高、工作温度范围广、寿命长等优势，被广泛的应用到3C电子设备以及动力汽车等方面。锂电池将有更加广阔和高效的发展。

低成本、结构丰富多样、环境友好的碳材料是目前应用最广泛的锂电池负极材料。研究发现，高比表面积碳材料结合丰富的孔道结构可以很好地提高锂电池的容量和倍率性能。同时杂原子掺杂也会提供额外的活性位点进一步提高碳材料的容量。但是，高比表面积碳材料在制备方法上通常需要造孔活化剂和模板剂，并且后续处理会用到盐酸、氢氟酸等腐蚀性试剂，因此其制备工艺具有过程复杂，操作繁琐、环境污染、成本高、设备要求苛刻等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高比表面积的二次电池电极材料，其至少能够克服上述某种或某些缺陷。

根据本发明的第一方面，提供了一种二次电池电极材料的制备方法，包括：

提供选自由苯胺、三正丙基胺、三正丁基胺、异喹啉和喹啉所组成的组中的至少一种的氮源；

提供选自由六氯环三磷腈、三氯化磷、五氯化磷和磷酸所组成的组中的至少一种的磷源；

任选提供反应溶剂；

将所述氮源、磷源以及任选的反应溶剂混合后进行聚合反应，所述氮源中所含的氮与磷源中所含的磷的摩尔比为(23～4):1，聚合反应温度为140～220℃，反应时间为4～8h，反应压力为0.5～3.5MPa；

冷却反应溶液得到固态反应产物；

将所得固态反应产物在保护气氛下进行热处理后即得电极材料，其中热处理温度为800～1600℃，时间为1～3小时。

根据本发明的方法，氮源和反应溶剂优选由同种物质提供，例如由苯胺提供。

根据本发明的方法，磷源优选为六氯环三磷腈。

根据本发明的方法，优选氮与磷的摩尔比为5.5：1。

根据本发明的方法，聚合反应温度优选为140～180℃，最优选为160℃左右；反应压力优选为1～2MPa，例如为1.5MPa。

根据本发明的方法，混合优选采用超声混合方式，时间可以为 1～4h，优选1.5～2.5h，最优选为2h。

根据本发明的方法，热处理温度优选1100～1300℃，最优选为 1200℃左右。热处理过程中的升温速率优选为0.5～10℃/min，最优选为3℃/min左右。

根据本发明的另一方面，提供了二次电池电极，其由上述方法制备的电极材料涂敷于金属基体例如铜箔上并干燥所制成。

制备涂敷剂时可以将上述电极材料、小颗粒导电碳黑(super P) 与聚偏氟乙烯(PVDF)按照质量比为8:1:1进行混合而成。

根据本发明所制备的电极材料为超高比表面积(比表面积高达 2195.9m²/g)氮磷掺杂碳材料，具有优异的电化学性能，适合应用于锂电池。采用本发明的超高比表面积氮磷掺杂碳材料制成的电极片，能够获得放电比容量高、倍率性能好的锂离子电池，并可实现高比容量可逆充放电。

附图说明