[发明专利]一种氮和/或硫修饰三维多孔碳材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及了一种氮和/或硫修饰三维多孔碳材料的制备方法。本发明的氮/硫修饰三维多孔碳的制备方法包括如下步骤：1)将碳源、硫源/氮源、氯化锂和氯化钾混合；2)后经过热解煅烧(温度为600、700和800℃)得到目标产物。本发明方法所制得的材料具有高的比表面积和丰富的三维联通多孔结构以及均匀的异质元素掺杂，其步骤简单，便于工业化大规模生产，应用于锂离子电池负极，倍率性能及循环性能优异。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池材料领域的三维多孔碳的制备方法，特别是涉及一种氮或硫或氮和硫共修饰的碳材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、安全性高、无污染和高功率等特点在当今世界受到了越来越多的关注，被广泛应用于混合动力汽车以及便携式电子设备。负极材料是锂离子电池的重要的组成部分之一，影响其主要性能表现。然而，目前商品化的的负极材料为石墨类材料，理论容量仅为372mAh g^-1，且在大倍率充放电过程中存在严重的安全问题，已无法满足人们日益增长的需求，特别是在动力电池领域。因此研究和开发高容量和快充负极材料至关重要。

三维多孔碳具有良好的电化学特性，其比表面积高、空隙结构丰富，并且活性位点多，有利于离子的传输，吸引众多研究者的关注。然而，为了进一步提高碳材料的导电性和活性位点，异质原子掺杂(如N，S，P和B等)是一种有效的改性策略。公开号为CN112614998B的中国专利公开了一N,S原位掺杂多孔碳的锂离子电池负极材料制备方法，采用乳化剂十二烷基苯磺酸钠、丙烯腈、聚苯乙烯和氯甲基聚苯乙烯,超声分散，后加入偶氮二异丁腈,反应2-5小时，获得聚丙烯腈-聚苯乙烯嵌段共聚物，之后与硫脲放入乙醇溶液中超声分散均匀后，加热至50-60℃，反应5-10小时,制备得到硫脲接枝聚丙烯腈-聚苯乙烯嵌段共聚物，后将硫脲接枝聚丙烯腈-聚苯乙烯嵌段共聚物和氢氧化钾混合均匀，置于气氛炉中高温碳化，制备得到N,S原位掺杂多孔碳。这种N,S原位掺杂多孔碳可以提高多孔碳负极的锂离子扩散系数和储锂容量。公开号为CN110299537A的中国专利公开了长循环锂离子电池用硫掺杂生物质多孔碳纳米电极材料的制备工艺，以茶叶渣、咖啡渣、甘蔗渣或果渣为原材料，利用硫酸溶液溶解超声分散加搅拌获得溶液，后转移至水热感应釜中，放入铜箔作为感应源，以200～500KHz的感应频率由室温升温到120～150℃，并保温20～50分钟，然后冷却到室温，取出铜箔,将所得产物刮下经去离子水和乙醇清洗抽滤后，烘干获得粉末，后与活化剂如硫酸锌、硫酸铁、硫酸镁或硫酸镍；硫源为硫粉、硫代乙酰胺、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠混合煅烧，得到硫掺杂生物质多孔碳纳米材料。虽然上述技术中获得了异质原子掺杂的多孔碳材料，缺点是工艺繁琐复杂，其改性难度大，有些工艺使用高分子和金属物质，不利于绿色环保。所以此材料作为锂离子电池负极材料不具有优势，故开发一种原材料来源丰富，成本低廉，性能优异且简单可控和重复性好的工艺来制备异质原子掺杂三维多孔碳负极材料具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了氮和/或硫修饰三维多孔碳材料的制备方法，制备出材料具有较大的比表面积和三维联通多孔结构，选择合适的氮源或硫源可以实现异质原子的掺杂。作为锂离子电池负极材料表现出优异的倍率性能和循环稳定性。

本发明是通过如下技术方案实现上述目的的，一种氮/硫修饰三维多孔碳材料的制备方法包括：

步骤1、将碳源、硫源和/或氮源、氯化锂和氯化钾球磨混合后，获得白色粉末；

步骤2、将上述白色粉末放置在管式炉中，在氮气气氛下以2～5℃/min速度升温到600～800℃保温3-6小时；

步骤3、将煅烧后的黑色粉末用稀盐酸水溶液超声处理，利用真空抽滤洗样后真空干燥得到3D多孔碳材料。

优选地，所述步骤1中将碳源、硫源和氮源、氯化锂和氯化钾球磨混合后，获得白色粉末。