[发明专利]氮掺杂碳纳米片及其制备方法、锂离子电池电极、锂离子电池和电动装置

说明书

本发明提供了一种氮掺杂碳纳米片及其制备方法、锂离子电池电极、锂离子电池和电动装置，涉及锂离子电池材料的技术领域。本发明提供的氮掺杂碳纳米片的制备方法，以石油沥青为碳源、三聚氰胺为氮源，并以熔盐作为反应媒介，煅烧得到氮掺杂碳纳米片；其中，石油沥青作为碳源，可实现其高价值利用，三聚氰胺作为氮源进行氮掺杂，可使得氮周围存在大量的缺陷空位和悬空键，有效增强氮掺杂碳纳米片的无定形程度，形成较宽的层间距，提供大量的活性位点；熔盐则为石油沥青和三聚氰胺在煅烧中提供稳定均一的液态环境，从而有利于氮掺杂碳纳米片形貌的控制。本发明还提供了氮掺杂碳纳米片，采用上述制备方法制得，该氮掺杂碳纳米片为薄片状，形貌可控。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其是涉及一种氮掺杂碳纳米片及其制备方法、锂离子电池电极、锂离子电池和电动装置。

背景技术

随着经济的飞速发展，传统化石燃料的快速消耗，人们也愈加的需要具有高性能、低成本、绿色环保的储能设备和操作技术。锂离子电池因能量密度高、循环寿命长而成为一种很有前景的储能器件之一，引起了学术界和产业界的广泛关注。然而，目前商业锂离子电池石墨负极理论比容量仅为372mAh·g^-1，较低的比容量限制了其用于高功率和大规模储能，难以满足日益增长的需求。为改善上述情况，人们开始探索研究一种高性能的新型碳材料，不同种类的碳质材料，包括碳纳米球、碳纳米纤维、石墨烯和它们的复合材料等都被进行了研究。其中，对于碳材料进行杂原子掺杂已经成为研究的热点方向。目前采用现有制备方法制得的掺杂碳材料，形貌结构不易控制，其作为电极材料使用时电化学性能欠佳，还有待进一步提升。

石油沥青是原油加工过程中的副产品，具有廉价易得的特点，通常应用于交通运输、建筑业、水利工程等领域，但整体利用价值较低。故如何根据石油沥青自身的特性将其应用于储能领域来实现高附加值利用是值得研究的课题。

有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供氮掺杂碳纳米片的制备方法，以石油沥青作为碳源、三聚氰胺作为氮源，并以熔盐作为反应媒介，制备得到氮掺杂碳纳米片，该制备方法实现了石油沥青的高附加值利用，且所制得的碳纳米片形貌可控，并具有良好的性能，为其作为电极材料提供了基础。

本发明的第二个目的在于提供一种氮掺杂碳纳米片，采用上述制备方法制得。

本发明的第三个目的在于提供一种锂离子电池电极，采用上述氮掺杂碳纳米片制得。

本发明的第四个目的在于提供一种锂离子电池，包含上述锂离子电池电极。

本发明的第五个目的在于提供一种电动装置，包含上述锂离子电池。

本发明提供的氮掺杂碳纳米片的制备方法，包括以下步骤：

将石油沥青、三聚氰胺和熔盐的混合物于保护性气氛中煅烧，得到氮掺杂碳纳米片。

进一步的，在本发明上述技术方案基础之上，所述石油沥青、三聚氰胺和熔盐的质量比为1:(0.5-4):(10-50)，优选为1:(0.5-3):(12-45)，进一步优选为1:(0.5-2):(15-40)。

进一步的，在本发明上述技术方案基础之上，所述石油沥青包括以下质量分数的组分：饱和分5-9％，芳香分23-27％，胶质44-48％和沥青质 16-20％；

优选地，所述熔盐为熔点500-650℃的二元熔盐；

优选地，所述二元熔盐为氯化钾-氯化钙、氯化钠-氯化钾、氯化镁-氯化钙或氯化钙-氯化锰中的任意一种或者至少两种的组合；

优选地，所述二元熔盐为氯化钾-氯化钙，氯化钾与氯化钙的质量比为 (1-4):1。

进一步的，在本发明上述技术方案基础之上，所述保护性气氛为氮气；