[发明专利]氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料、阳极、锂金属电池及其制备和应用有效
| 申请号： | 201910233628.9 | 申请日： | 2019-03-26 |
| 公开（公告）号： | CN111755668B | 公开（公告）日： | 2021-09-21 |
| 发明（设计）人： | 赖延清;洪波;高春晖;向前;范海林 | 申请（专利权）人： | 中南大学 |
| 主分类号： | H01M4/36 | 分类号： | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/13;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 长沙市融智专利事务所(普通合伙) 43114 | 代理人： | 盛武生;魏娟 |
| 地址： | 410083 湖南*** | 国省代码： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 氮氧共 掺杂 碳包覆 金属 阳极 活性 材料 电池 及其 制备 应用 | ||
1.一种氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料，其特征在于，包括碳空心球以及装填在碳空心球内部腔室的金属锂单质；所述的碳空心球的球壁材料为氮氧共掺杂的石墨化碳，且该球壁具有介孔结构；
所述的碳空心球的比表面积为50-1000m2/g；
所述的碳空心球的球壁厚度为5-95nm；
碳空心球的内部腔室的体积占比为40-99%；
所述的碳空心球中，氧含量为1-9at.%；氮含量为0.01-10 at.%，
所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料中，填充的金属锂量为 0.4~200 mAh/cm2 。
2.如权利要求1所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料，其特征在于，所述的碳空心球的比表面积为80-250 m2/g。
3.如权利要求1所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料，其特征在于，所述的碳空心球的比表面积为100-200 m2/g。
4.如权利要求1所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料，其特征在于，所述的碳空心球的球壁厚度为5-30nm。
5.如权利要求1所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料，其特征在于，所述的碳空心球的球壁厚度为15-20nm。
6.如权利要求1所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料，其特征在于，碳空心球的内部腔室的体积占比为80-95%。
7.如权利要求1所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料，其特征在于，所述的碳空心球中，氧含量为1-7 at.%。
8.如权利要求1所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料，其特征在于，所述的碳空心球中，氧含量为2.5-5.5 at.%。
9.如权利要求1所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料，其特征在于，所述的碳空心球中，氮含量为1-4 at.%。
10.如权利要求1所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料，其特征在于，所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料中，填充的金属锂量为 5~160 mAh/cm2。
11.如权利要求1所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料，其特征在于，所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料中，填充的金属锂量为30~100 mAh/cm2。
12.一种权利要求1~11任一项所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料的制备方法，其特征在于，将所述的碳空心球经氧化处理，得到氧化碳空心球；将氧化碳空心球置于含氮气氛下焙烧；得到所述的N、O共掺杂的碳空心球；
向N、O共掺杂的碳空心球中填充金属锂单质，制得所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料；
所述的氧化处理在强氧化性酸中进行；所述的强氧化性酸为浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸中的一种或几种；氧化处理时间为10-1200min；
含氮气氛至少包含氨气中的至少一种气体；
焙烧温度为500-1500℃；
氧化处理时间为10-1200min。
13.如权利要求12所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料的制备方法，其特征在于，焙烧温度为500-1200℃。
14.如权利要求12所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料的制备方法，其特征在于，焙烧时间为60-1000min。
15.如权利要求12所述的氮氧共掺杂碳包覆金属锂阳极活性材料的制备方法，其特征在于，焙烧时间为300-800min。
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