[发明专利]一种硫/氮/硅共掺杂石墨复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硫/氮/硅共掺杂石墨复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池材料制备技术领域。技术方案是：（1）称取1～5g含硫有机化合物和1～5g含氮有机化合物添加到500g有机溶剂中，搅拌均匀后将100g石墨添加其中并搅拌均匀，过滤后，转移到管式炉中，并在惰性气氛下，加热升温到200～500℃，并保温1～6h，之后在惰性气氛下降温到室温，得到石墨复合材料A；（2）通过高速粒子束轰击将纳米硅植入到石墨复合材料A的表层中，之后再进行碳化，得到硫/氮/硅共掺杂石墨复合负极材料。本发明通过在石墨材料中掺杂硫提高其石墨材料的比容量，并进行氮掺杂提高硫的导电性；可以降低材料的膨胀及提高其材料的吸液能力。

技术领域

本发明涉及一种硫/氮/硅共掺杂石墨复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池材料制备技术领域。

背景技术

随着市场对锂离子电池能量密度要求的提高，要求锂离子电池所用负极材料具有高的比容量和循环寿命，目前市场上的石墨材料存在可逆容量偏低（理论容量372mAh/g），限制其能量密度的提高。而硅碳负极材料以其克容量高、资源丰富等优点而受到研究者的重视，并应用于高比能量密度锂离子电池等领域，但是其膨胀率高、导电性偏差制约其广泛应用。而将石墨和硅混合和复合虽然可以提高材料的比容量，并兼顾到循环性能。比如专利（CN105576203A）公开了石墨烯/硅 /碳纳米管复合材料及其制备方法与应用，其制备过程为：将石墨烯粉末、碳纳米管加至NMP溶液中，用超声振荡使其分散均匀，再加入纳米硅粉，超声振荡分散均匀；将得到的混合溶液干燥、烘干、研磨，即得石墨烯/硅/碳纳米管复合材料，但是其存在锂离子导电率差、电子导电率差及其膨胀率偏高等方面的缺陷，且其方法单一，在降低膨胀率的同时，材料的电子和离子导电率性能并未得到改善，影响其材料综合性能发挥；专利（申请号：201410515321.5）公开了一种硅-碳-氮复合负极材料及其制备方法，其制备方法为，在氩气气氛下，以 0.5-10℃/min 的升温速率将硅源和氮源的混合物加热至600-1000℃，保温 3-15h，降温至室温，得到掺氮的硅基材料。上述制备方法主要是将硅源、氮源及其碳源制备而成，但是由于硅材料虽然容量较高，但是自身膨胀率高影响其循环性能，同时由于硅材料自身大的比表面积容易团聚，造成其一致性差；如通过粒子注入法，可以控制硅材料的掺杂量及其掺杂深度，提高其材料的一致性。

发明内容

本发明的目的是提供一种硫/氮/硅共掺杂石墨复合负极材料及其制备方法，通过硫和氮液相包覆和硅的粒子注入，做到硫、氮、硅共掺杂石墨，提高材料的比容量、导电性和循环性能，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种硫/氮/硅共掺杂石墨复合负极材料的制备方法，制备过程为：

（1）称取1～5g含硫有机化合物和1～5g含氮有机化合物添加到500g有机溶剂中，搅拌均匀后将100g石墨添加其中并搅拌均匀，过滤后，转移到管式炉中，并在惰性气氛下，加热升温到200～500℃，并保温1～6h，之后在惰性气氛下降温到室温，得到石墨复合材料A；

（2）通过高速粒子束轰击将纳米硅植入到石墨复合材料A的表层中，之后再进行碳化，得到硫/氮/硅共掺杂石墨复合负极材料。

所述步骤（1）中的含硫有机化合物为：巯基乙胺、3-巯基-1-丙胺、巯基嘌呤、巯基吡啶、2-巯基嘧啶、巯基乙醛、2-巯基咪唑、4-巯基嘧啶、2-巯基黄嘌呤、8-巯基腺嘌呤、巯基噻唑、噻唑-2-硫醇、α-巯基丙酸、2-巯基噻唑啉、2-巯基二氢噻唑、2-巯基丁酸、邻巯基苯酸、2-巯基噻二唑、6-巯基嘌呤、8-巯基喹啉、2-乙巯基苯并咪唑、4-吡啶巯基乙酰氯、巯基乙醇和2-巯基吡啶中的一种。

所述步骤（1）含氮有机化合物为：三聚氰胺氰尿酸盐、季戊四醇三聚氰胺磷酸酯、多聚磷酸铵、三聚腈胺焦磷酸盐和三聚氰胺磷酸酯中的一种。

所述步骤（1）有机溶剂为：乙醇、乙醚、丙醇、乙二醇、丙二醇和苯甲醇中的一种。