[发明专利]一种氮-硫共掺杂多孔碳负载氧化锌的负极材料及制法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，且公开了一种氮‑硫共掺杂多孔碳负载氧化锌的负极材料，以3‑噻吩乙酸为硫源、聚丙烯腈为氮源和碳源，得到氮‑硫共掺杂多孔碳，具有超高的比表面积，以其为基底、三乙醇胺和乙酸锌为原料，得到氮‑硫共掺杂多孔碳负载多孔ZnO纳米空心球，具有超高的比表面积，有利于暴露电化学活性位点，N掺杂改善了多孔碳的导电性，S掺杂提高了多孔碳的比表面积，同时与N协同构建三维导电网络，提高了多孔碳的导电性，均匀分散的多孔ZnO纳米空心球被氮‑硫共掺杂多孔碳包覆，缓冲ZnO的体积效应，提高循环稳定性、导电性，且缩短了锂离子的扩散路径，提高了负极材料的倍率性能和理论比容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种氮-硫共掺杂多孔碳负载氧化锌的负极材料及制法。

背景技术

最近几十年来，锂离子电池因为具有较大的能量密度、无记忆效应、较高的工作电压、较长的循环寿命等优点，在电网、电动汽车、便携式电子设备等领域广泛应用，同时与其他的如超级电容器等储能体系相比，锂离子电池极大地满足了可再生和可持续能源发展的要求，但是目前的锂离子电池的能量密度和功率密度仍然无法满足人们更高的使用需求，而负极是锂离子电池的一个关键组分，目前的商业负极材料是石墨，但是其理论比容量很低，因此，需要开发出新的锂离子电池的电极材料。

四氧化三钴、氧化锌、四氧化三铁、氧化镍等金属氧化物具有较高的理论比容量，是一种理想的锂离子电池负极材料，受到了极大地关注，其中氧化锌具有较高的理论比容量、丰富的储量、较低的成本、没有毒性等优点，在锂离子电池负极材料具有广阔的应用前景，但是在充放电过程中，氧化锌电极有着严重的体积效应，导致电极极化，从而使得电极的循环稳定性降低，容量快速衰减，使用寿命缩短，而且氧化锌电极的导电性能较差，使得倍率性能不好，限制了其应用范围，碳材料具有优异的导电性、良好的化学稳定性和耐腐蚀性，在锂离子电池负极材料应用广泛，元素掺杂碳材料可以进一步改善其电化学性能。

(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-硫共掺杂多孔碳负载氧化锌的负极材料及制法，解决了氧化锌循环稳定性较差、导电性不好的问题。

(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-硫共掺杂多孔碳负载氧化锌的负极材料，所述氮-硫共掺杂多孔碳负载氧化锌的负极材料制备方法如下：

(1)向反应瓶中加入去离子水溶剂、催化剂哌啶、3-羟基-4-甲氧基苯甲醛、3-噻吩乙酸，三者的质量比为0.6-1.5:100-115:100，在110-140℃下反应1.5-3h，得到苯乙烯基噻吩，分子式为C₁₃H₁₁O₂S；

(2)向反应瓶中加入四氢呋喃溶剂、催化剂三乙胺、丙烯酰氯、苯乙烯基噻吩，置于水浴锅中分散均匀，进行反应，过滤，用去离子水洗涤干净并干燥，得到端烯基噻吩化合物，分子式为C₁₆H₁₄O₃S；

(3)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、引发剂偶氮二异丁腈、端烯基噻吩化合物、丙烯腈，置于水浴锅中分散均匀，进行反应，过滤，用甲醇洗涤干净并干燥，得到含硫聚丙烯腈；

(4)向反应瓶中加入去离子水溶剂、制孔剂氯化锌、含硫聚丙烯腈，置于水浴锅中分散均匀并干燥，将干燥产物置于管式炉中，进行预氧化和碳化过程，用稀盐酸的乙醇水溶液除去氯化锌，离心分离，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到氮-硫共掺杂多孔碳；

(5)向反应瓶中加入去离子水溶剂、乙酸锌、氮-硫共掺杂多孔碳，置于水浴锅中分散均匀，加入三乙醇胺，置于水浴锅中分散均匀，置于微波反应器中，进行微波水热反应，冷却至室温，抽滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到氮-硫共掺杂多孔碳负载氧化锌的负极材料。