【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于新材料技術，涉及鋰離子電池負極材料，具體涉及一種氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料及其制備方法與應用。
技術介紹
1、隨著對鋰離子電池能量密度要求的不斷提升，石墨較低的理論容量（372?mah/g）已無法滿足高比能鋰離子電池的需求。硅碳負極以其較高的理論比容量（4200mah/g）和廣泛的原料來源而備受青睞。尤其是以多孔碳為骨架，使用硅源氣體沉積納米硅制備的硅碳負極材料，因其較低的體積膨脹率而被廣泛研究。
2、現有技術cn117410466a提供了一種氮摻雜的硅碳負極材料及其制備方法，其使用含碳胺類化合物高溫裂解并刻蝕得到氮摻雜多孔碳，之后使用硅源氣對氮摻雜多孔碳進行硅沉積，制備出氮摻雜多孔碳/硅復合顆粒，最后使用固相或氣相對復合顆粒進行碳包覆，即得到氮摻雜的硅碳負極材料。該技術方案緩解硅在放電/充電過程中的結構膨脹/收縮，但是沒有對解決硅碳負極材料耐壓性能偏低提供啟示。
3、現有技術cn116230911a公布了一種高功率硅碳負極復合材料及其制備方法，該專利技術通過靜電紡絲的方法制備出納米有機金屬碳纖維，并進一步通過燒結的方式制備得到多孔金屬碳纖維，然后采用氣體霧化法在多孔金屬碳纖維中沉積納米硅，并在內核表面沉積有機鋰鹽。該技術方案采用的制備方法相對復雜，而且其目的是提升硅碳復合材料的功率性能和循環性能，沒有解決硅碳負極材料耐壓性能需改善的問題。
4、現有技術cn117038941a提供了一種多孔硅碳負極材料，其多孔硅碳負極材料為核殼結構，內核為孔隙中附著硅顆粒的多孔硬碳顆粒，外殼為碳
5、現有技術cn115911341a提供了一種具有核殼結構的多孔硅碳負極材料，由內至外依次包括：多孔疏硅碳核芯、過渡層、密硅碳層以及碳包覆層，利用碳骨架結構間隙分布硅顆粒的多孔碳具有的多孔間隙結構提供優良的柔韌性和機械強度。該技術方案要求過渡層的結構由多孔疏硅碳核芯至密硅碳層的方向逐漸致密，此需要復雜的制備過程以及嚴格的工藝控制，限制工業化生產。
6、通過硅烷沉積于多孔碳孔結構中得到的硅碳負極材料是一種極具發展前景的鋰離子電池硅碳負極材料，但是硅碳負極材料的耐壓性能對由其制備的鋰離子電池的電性能有影響，現有技術很少對硅碳負極材料耐壓性能進行研究，少有的幾篇文獻公開的技術方案較為復雜，因此，需要開發新的技術方案，以相對簡單的制備工藝提高硅碳負極材料的耐壓性能，同時提高硅碳負極材料的電化學性能。
技術實現思路
1、現有技術中，常采用的非金屬摻雜多孔碳（如氮摻雜）制備硅碳負極，盡管可一定程度上提高其倍率性能，但仍有進一步改善的空間，尤其是，非金屬摻雜碳基體無法提升硅碳負極材料的耐壓性能。本專利技術針對現有技術的缺陷，提供一種高功率和高耐壓性的硅碳負極材料，創造性的用氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料，摻雜多孔碳可有效提升電導率且增強基體強度，提高了材料的耐壓性，有效硅沉積(納米硅及含si-n顆粒)降低了納米硅顆粒的體積膨脹，提高了材料的比容量；本專利技術制備多孔硅碳負極材料的工藝相對簡單，且摻雜提高了多孔碳的電化學性能。
2、本專利技術采用如下技術方案：
3、一種氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料，包括附著納米硅的多孔碳顆粒，所述附著納米硅的多孔碳顆粒摻雜金屬以及氮。優選的，所述多孔碳顆粒為金屬摻雜多孔碳，所述納米硅為氮摻雜納米硅。
4、本專利技術公開了一種附著納米硅的多孔碳顆粒，所述多孔碳顆粒為金屬摻雜多孔碳，所述納米硅為氮摻雜納米硅。
5、本專利技術中，氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料為核殼結構，內核為上述附著納米硅的多孔碳顆粒，外殼為碳層。本專利技術以碳包覆附著納米硅的多孔碳顆粒，納米硅團簇沉積分散在納米碳孔中，可提供很高的可逆容量，也是一種解決硅體積變化較大的策略；碳包覆本身為常規技術，可以采用氣相碳包覆、液相或固相包覆，其中，氣相包覆所用氣源為甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、丙炔、丁炔、丙烯、乙烯的一種或幾種。
6、本專利技術中，金屬為過渡金屬、堿土金屬、堿金屬中的一種或幾種，優選的，金屬包括銅、鐵、錳、鋁、鎂、鉀、鈷、銀、鎳中的一種或幾種。
7、本專利技術公開了上述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料的制備方法，包括以下步驟，包括以下步驟，將多孔碳摻雜金屬和氮、沉積硅，得到附著納米硅的多孔碳顆粒；然后對所述附著納米硅的多孔碳顆粒進行碳包覆，得到氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料。
8、優選的，將負載金屬化合物的多孔碳高溫處理，得到金屬摻雜多孔碳；然后以金屬摻雜多孔碳為載體，使用硅源氣體和氮源氣體進行混合沉積，得到附著納米硅的多孔碳顆粒。進一步的，對上述附著納米硅的多孔碳顆粒進行碳包覆，得到上述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料。
9、本專利技術中，金屬化合物為過渡金屬化合物、堿土金屬化合物、堿金屬化合物中的一種或幾種，優選的，金屬化合物包括銅化合物、鐵化合物、錳化合物、鋁化合物、鎂化合物、鉀化合物、鈷化合物、銀化合物、鎳化合物中的一種或幾種；優選的，金屬化合物包括金屬氯化物、金屬硫化物、金屬硝酸化合物中的一種或幾種。作為示例，金屬化合物包括cucl2、fecl3、fecl2、mncl3、alcl3、mgcl2、kcl、cocl3、agcl、nicl2中的一種或幾種。
10、本專利技術中，將多孔碳與金屬化合物溶液混合，得到負載金屬化合物的多孔碳；具體混合的方式為現有技術，比如采用金屬氯化物溶液浸漬多孔碳，得到負載金屬化合物的多孔碳。
11、優選的，多孔碳的用量為金屬化合物溶液質量的2%～70%優選為5%～50%，例如20%、30%、40%、50%或為范圍內的任意百分數；
12、優選的，浸漬的時間為0.25～5h，例如0.5h、1h、2h、3h、4h或為范圍內的任意時間。
13、優選的，將多孔碳與金屬化合物溶液混合，然后干燥，得到負載金屬化合物的多孔碳；即將負載金屬化合物的多孔碳干燥后進行高溫處理，得到金屬摻雜多孔碳。具體干燥的方式為現有技術，比如采用加熱干燥或噴霧干燥，溫度為150～300℃。
14、本專利技術中，金屬化合物溶液中，溶劑包括水、有機溶劑中的一種或幾種，其中，有機溶劑包括乙醇、異丙醇、甲醇、丙酮、二甲基甲酰胺(dmf)、g-丁內酯(gbl)、二甲基亞砜(dmso)、n,n-二甲基乙酰胺(dma)?中的一種或幾種。優選的，金屬化合物溶液的濃度為0.5～70wt%，優選為1～50wt%，進一步優選為2～30wt%，再優選為2～25wt%，例如3%、5%、8%、10%、15%、20%、25%或為范圍內的任意百分數。
15、本專利技術中，高溫處理的溫度為400～1200℃，時間為0.5～5h，優選高溫處理的溫度為600～1000℃，時間為1.5～3.5h；本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料，包括附著納米硅的多孔碳顆粒，其特征在于，所述附著納米硅的多孔碳顆粒摻雜金屬以及氮。
2.根據權利要求1所述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料，其特征在于，氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料為核殼結構，內核為所述附著納米硅的多孔碳顆粒，外殼為碳層。
3.根據權利要求1所述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料，其特征在于，多孔碳顆粒為金屬摻雜多孔碳，納米硅為氮摻雜納米硅。
4.一種附著納米硅的多孔碳顆粒，其特征在于，所述多孔碳顆粒為金屬摻雜多孔碳，所述納米硅為氮摻雜納米硅。
5.根據權利要求1所述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料或者權利要求4所述附著納米硅的多孔碳顆粒，其特征在于，金屬為過渡金屬、堿土金屬、堿金屬中的一種或幾種。
6.權利要求1所述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料或者權利要求4所述附著納米硅的多孔碳顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟，將多孔碳摻雜金屬和氮、沉積硅，得到附著納米硅的多孔碳顆粒；然后對所述附著納米硅的多孔碳顆粒進行碳包覆，得到氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料。
7.根據權利要求6所述氮/
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，金屬化合物包括金屬氯化物、金屬硫化物、金屬硝酸化合物中的一種或幾種；將多孔碳與金屬化合物溶液混合，得到負載金屬化合物的多孔碳；高溫處理的溫度為400～1300℃，時間為0.5～5h；混合沉積在一定溫度和保護氣氛中進行；所述一定溫度為300～1000℃；所述保護氣氛為氮氣、氦氣、氙氣、氡氣、氖氣、氬氣中的一種或幾種。
9.一種負極片，包括權利要求1所述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料或者權利要求4所述附著納米硅的多孔碳顆粒；或者，一種鋰離子電池，包括所述負極片。
10.權利要求1所述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料、權利要求4所述附著納米硅的多孔碳顆粒或者權利要求9所述負極片在鋰離子電池中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料，包括附著納米硅的多孔碳顆粒，其特征在于，所述附著納米硅的多孔碳顆粒摻雜金屬以及氮。
2.根據權利要求1所述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料，其特征在于，氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料為核殼結構，內核為所述附著納米硅的多孔碳顆粒，外殼為碳層。
3.根據權利要求1所述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料，其特征在于，多孔碳顆粒為金屬摻雜多孔碳，納米硅為氮摻雜納米硅。
4.一種附著納米硅的多孔碳顆粒，其特征在于，所述多孔碳顆粒為金屬摻雜多孔碳，所述納米硅為氮摻雜納米硅。
5.根據權利要求1所述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料或者權利要求4所述附著納米硅的多孔碳顆粒，其特征在于，金屬為過渡金屬、堿土金屬、堿金屬中的一種或幾種。
6.權利要求1所述氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料或者權利要求4所述附著納米硅的多孔碳顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟，將多孔碳摻雜金屬和氮、沉積硅，得到附著納米硅的多孔碳顆粒；然后對所述附著納米硅的多孔碳顆粒進行碳包覆，得到氮/金屬雙摻雜硅碳負極材料。
7.根據權利要求6...
【專利技術屬性】
技術研發人員：司大鵬，王朔，殷營營，劉柏男，羅飛，
申請(專利權)人：溧陽天目先導電池材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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