【干貨】用富勒烯制備N摻雜多孔碳材料

鋰離子電池經(jīng)過多年的發(fā)展，比能量、倍率性能和安全性能都得到了極大的提升，但是隨著數(shù)碼電子產(chǎn)業(yè)和電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的能量密度提出更高的要求。而鋰離子電池的能量密度主要取決于正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)的比容量，傳統(tǒng)的石墨材料理論比容量?jī)H為372mAh/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿高比能鋰離子電池的需求，因此急需開發(fā)新型的高容量負(fù)極材料。

其實(shí)在整個(gè)鋰離子電池的發(fā)展歷史中，人們對(duì)高性能負(fù)極材料的研發(fā)也從未止步，例如硅合金負(fù)極材料經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)逐漸成熟。納米化、石墨包覆等手段，負(fù)極補(bǔ)鋰工藝和電解液技術(shù)的發(fā)展，使得硅負(fù)極的商業(yè)化應(yīng)用的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，但是目前高性能硅負(fù)極材料生產(chǎn)技術(shù)還被牢牢控制在日韓兩國(guó)的手中，使得中國(guó)鋰電企業(yè)在使用硅基負(fù)極材料時(shí)處處受到掣肘，高額利潤(rùn)被日韓廠家賺取。其他正在研發(fā)中，有望取代硅負(fù)極的高性能負(fù)極材料還有金屬硫化物負(fù)極，例如MoS2等，錫基合金材料，氮摻雜石墨材料等。特別是氮摻雜石墨材料，在傳統(tǒng)的石墨類材料的基礎(chǔ)上，經(jīng)過形貌改造和元素?fù)诫s等工藝，可以使得材料的比容量得到極大的提升，極有希望成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料。

相關(guān)研究顯示，石墨類材料的比容量主要取決于比表面積、孔結(jié)構(gòu)、摻雜和缺陷等因素，因此對(duì)石墨材料性能的提升，需要對(duì)材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。N元素?fù)诫s是提升石墨材料容量的有效方案，通過在石墨材料中摻入部分N元素，可以顯著的提升石墨材料的比容量，并且可以改善石墨與電解液之間的浸潤(rùn)特性，同時(shí)N摻雜在石墨內(nèi)部產(chǎn)生了數(shù)量眾多的缺陷，能夠作為L(zhǎng)i+嵌入的活性點(diǎn)，增加N摻雜石墨材料的比容量。同時(shí)石墨材料一些自身固有的缺陷，例如雙空位缺陷，Stone-Wales缺陷等，也能夠提高鋰離子電池的容量。綜上所述，一款理想的是石墨負(fù)極材料應(yīng)該具有一下特點(diǎn)1）具有3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有微孔或者介孔結(jié)構(gòu)，保證鋰離子快速傳輸；2）SP2鍵連接的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，以保證快速傳導(dǎo)電子的能力；3）優(yōu)化的摻雜元素和缺陷的布局，為L(zhǎng)i+嵌入提供更多的活性點(diǎn)位。

　　

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