[发明专利]一种用作锂离子电池负极材料的介孔氮化碳及其制备方法

说明书

本发明提供一种用作锂离子电池负极材料的介孔氮化碳及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合碳氮化合物、氯化物和水，充分溶解后得到前驱体溶液；(2)对步骤(1)所得前驱体溶液进行冷冻干燥处理，得到前驱体粉末；(3)对步骤(2)所得前驱体粉末进行至少2个升温阶段的高温处理，得到氮化碳粗品；(4)对步骤(3)所得氮化碳粗品依次进行酸洗、水洗和干燥，得到介孔氮化碳。所述介孔氮化碳的平均孔径为3‑6nm。本发明提供的介孔氮化碳用作锂离子电池的负极材料可显著提升电池的电化学性能，且简化了工艺流程，降低了制备成本。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种负极材料，尤其涉及一种用作锂离子电池负极材料的介孔氮化碳及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为20世纪80年代的产物，因其在性能和技术上的诸多优势，经过几十年的快速发展，目前已在多个领域成功实现大规模商业化应用。根据使用场景及能量大小的差异，可将锂离子电池具体分为锂动力电池、锂消费电池和锂储能电池。对于上述每一种锂离子电池，无论是从能量密度、使用寿命、制备成本，还是从安全性能等方面考虑，负极材料均是至关重要的组成部分。

早期的锂离子电池主要使用金属锂作为负极材料，但其在多次充放电循环过程中难免会出现锂枝晶，很容易刺破电池隔膜导致短路，进而引发安全事故，因此，金属锂现已逐渐被放弃用作负极材料。目前大规模商业化的锂离子电池负极材料主要是石墨类碳材料以及钛酸锂，其他尚在研究阶段的负极材料主要包括过渡金属氧化物、硅基材料和其他碳材料等。

近年来，石墨相氮化碳因其具有独特的结构和优异的性能，逐渐受到研究和应用方面的广泛关注，在能源、催化、传感领域的潜在价值不断被开发，且在化学、材料、物理、生物、环境、能源等领域取得重要成果。因此，将其作为锂离子电池的负极材料便成为本领域技术人员的一种大胆尝试。

CN 105152147A公开了一种水溶性发光石墨相氮化碳纳米海带的制备方法，将含氮和碳前驱物在混合氯化物熔盐体系中高温缩聚，得到水溶性发光石墨相氮化碳纳米海带。所述制备方法采用不同种类的前驱体均可获得目标产物，且制备的纳米海带形状均一，在水中有良好的分散性，可形成高浓度稳定的透明胶体溶液，在碱性和弱酸性环境中均可稳定存在。在紫外光的激发下，纳米海带固体及其胶体溶液均具有强的蓝色光致荧光，且发光稳定。然而，所述纳米海带因其良好的光致发光性能和水溶性，仅适应于荧光探针、生物成像、生物医学工程及分析监测等领域，并不适用于锂离子电池的负极材料。

CN 112142023A公开了一种离子化氮化碳的制备方法，具体为：将尿素溶解在水中，然后加入氯化钠和氯化钾的混合物，使其充分溶解，在溶液快速加热的条件下，可以得到离子化氮化碳；并通过透析、过滤或离心处理，得到离子化氮化碳的水溶液；干燥得到离子化氮化碳的粉体。所述离子化氮化碳虽然因其优异的光催化性能而可应用于光电催化、化学传感、光电器件等领域，但是同样不适用于锂离子电池的负极材料。

由此可见，如何提供一种用作锂离子电池负极材料的氮化碳及其制备方法，提升电池的电化学性能，同时简化工艺流程，降低制备成本，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用作锂离子电池负极材料的介孔氮化碳及其制备方法，所述介孔氮化碳用作锂离子电池的负极材料可显著提升电池的电化学性能，且制备方法流程简单，降低了制备成本，提升了经济效益。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种用作锂离子电池负极材料的介孔氮化碳的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)混合碳氮化合物、氯化物和水，充分溶解后得到前驱体溶液；

(2)对步骤(1)所得前驱体溶液进行冷冻干燥处理，得到前驱体粉末；

(3)对步骤(2)所得前驱体粉末进行至少2个升温阶段的高温处理，得到氮化碳粗品；