本技术属于钠离子电池/电容器负极材料领域,详细描述了一种共掺杂N/O/P多孔碳材料的制备技术及其应用。该材料通过元素分析证实含有氮基团,包括吡啶氮、吡咯氮和石墨氮,展现了优异的电化学性能。
背景技术
在目前研究的各类负极材料中,碳材料因成本低廉、性能优良、制备简便等优点而备受关注。目前碳材料的研究主要集中在石墨以及无定形碳。石墨是一种sp2
杂化的有序碳,具有沿c轴堆叠的石墨烯的晶态六方结构;无定形碳为非晶态,根据在高温下是否容易发生石墨化转变,无定形碳又可分为软碳和硬碳。硬碳目前已被广泛使用,是最有前途的储钠负极材料,因其具有局部的微晶结构和大的层间距,在较低的电势下(0~0.1V vs.Na/Na+
)可以释放出较大的可逆容量。然而,硬碳中低电位(0~0.1V vs.Na/Na+
)的容量提供是扩散控制的过程,受到较慢的动力学来限制速率性能,同时,靠近镀钠的低电压可能导致安全问题,特别是在高速率下。因此,针对适合Na+
脱嵌的碳负极应促进高电位下(>0.1V vs.Na/Na+
)钠的快速储存机制。
杂原子掺杂能扩展离子输运的路径、缩短离子传输的距离,是一种提升碳材料动力学的有效策略。研究表明对碳材料进行杂原子掺杂(如N、S、B和P等)有以下优势:(1)扩大层间距降低Na+
在充放电过程中的扩散阻抗,并增强电解液对碳材料的浸润性;(2)增加碳材料的表面基团,提供更多的可逆吸脱附钠的活性位点;(3)提高碳材料在大电流下的比容量。然而,目前制备常规硬碳材料的温度普遍偏高(>1300℃),能耗较大。基于此,发展在低温条件下制备高倍率钠离子电池/钠离子电容器的硬碳负极材料成为了目前研究的焦点。
专利CN202311412874.3公开了一种低温合成的高倍率钠离子电池硬碳负极材料的制备方法,其公开的制备方法工艺复杂,制备得到的硬碳材料作为钠离子电池的负极时,其高倍率性能较低还需提高。
实现思路