[发明专利]一种氮硫共掺杂多孔碳修饰Co3

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，且公开了一种氮硫共掺杂多孔碳修饰Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;的锂离子电池负极材料，花瓣状纳米Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;具有超高的比表面积，锂离子的脱出和嵌入位点十分丰富，氮硫共掺杂多孔碳修饰花瓣状纳米Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;，具有蜂窝状三维多孔结构，孔道分布均匀，孔隙结构丰富、比表面积巨大，边缘缺陷位点丰富，导电性能优异，吡啶氮和吡咯氮具有较强的电负性，可以作为锂离子的储存位点，提高负极材料的实际比容量，多孔碳的蜂窝状三维多孔结构为花瓣状纳米Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;的体积膨胀产生的机械应力提供缓冲，从而有利于缓解体积膨胀变化，避免负极材料的容量快速衰减，提高花瓣状纳米Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;的结构稳定性和负极材料的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种氮硫共掺杂多孔碳修饰 Co₃O₄的锂离子电池负极材料及制法。

背景技术

锂离子电池在充电过程中，锂离子从正极材料中脱嵌，经过电解质嵌入负极材料，负极处于富锂状态，放电时则相反，通过锂离子在正极和负极的脱嵌过程实现电能的储存和转换，因此锂离子电池的正极材料和负极材料对锂离子电池的电化学性能起着决定性作用，因此需要开发比容量高、倍率性能优异的负极材料。

目前的；负极材料主要有碳负极材料、过渡金属氧化物电极材料、过渡金属硫化物电极材料等，其中Fe₃O₄、Co₃O₄、CuO和MnO₂等金属氧化物具有良好的理论比容量，并且储量丰富、成本较低，在锂离子电池负极材料中具有广阔的应用前景，但是Co₃O₄负极材料的电子导电率较低，导电性能不高，并且Co₃O₄在持续的锂离子脱嵌过程中，容易发生体积膨胀，导致负极活性物质粉化，从电极集流体上脱落，导致负极材料容量快速衰减，循环稳定性严重下降，限制了Co₃O₄负极材料的商业化广泛应用。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种氮硫共掺杂多孔碳修饰Co₃O₄的锂离子电池负极材料及制法，解决了Co₃O₄负极材料导电性能和循环稳定性较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氮硫共掺杂多孔碳修饰Co₃O₄的锂离子电池负极材料，所述氮硫共掺杂多孔碳修饰Co₃O₄的锂离子电池负极材料制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，加入醋酸钴，并滴加浓氨水调节溶液pH至9-10，匀速搅拌30-60min，将溶液倒入水热反应釜中，加热至180-200℃，反应10-15h，将溶液真空干燥除去溶剂，产物置于电阻炉中，在空气氛围中400-450℃下退火2-4h，制备得到花瓣状纳米Co₃O₄。

(2)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和花瓣状纳米Co₃O₄，超声分散均匀后加入单体1,4-对苯二硼酸、2,5-二溴噻吩和1,3,6,8- 四溴-9H-咔唑，搅拌溶解后加入碳酸钾的水溶液和催化剂四(三苯基膦)钯，置于恒温油浴锅中，加热至140-160℃，回流反应36-72h，将溶液置于冰水浴中冷却，加入甲醇直至有大量沉淀析出，过滤溶剂，使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥，制备得到含氮硫杂环的微孔聚合物修饰花瓣状纳米Co₃O₄。