一种2-甲基咪唑锌盐热解所得的电池负极材料的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及二次电池领域，具体涉及一种2-甲基咪唑锌盐热解所得的电池负极材料。
【背景技术】
[0002]锂离子电池以其高能量密度、相较干电池的高电压而成为最广泛应用的日用储能元件，而且锂离子电池还具有无记忆效应的优良特性。但是便携化、高容量化的储能要求已经使现有商用锂离子电池日显窘态，急需提高其能量密度和功率密度。传统商业负极材料使用理论比容量仅372mAh/g的石墨材料，虽然循环性能好却比容量低、而且高倍率下性能差，大电流充放电时容易发生危险，极大限制了其在大规模储能中的应用。
[0003]氮杂多孔碳是氮原子部分取代石墨结构中的碳原子而得到的新材料。由于氮原子是三价原子而碳是四价原子，所以引入了氮原子产生了结构破缺和可还原不饱和位点，这为离子的迀移扩散提供了更多可能的通道以及更多的储锂/储钠位点。然而受限于储锂/储钠时的体积膨胀对材料的破坏，目前大部分该类材料循环性能和倍率性能很差，而且传统的掺氮方式掺杂密度有限、过程价格高且氮掺杂分布不合理，难以投入实际生产生活。
【发明内容】
[0004]本发明的的目的是针对上述存在问题，提供一种2-甲基咪唑锌盐热解所得的电池负极材料，该负极材料比容量高、倍率性能好、长周期循环性能好，既适用于锂离子电池又适用于钠离子电池，材料兼容性好，用途广泛;制备方法简单，易于工业化生产;该材料用于极片以及含有该极片的扣式电池，解决目前的负极材料容量有限、倍率性能低的问题，同时解决高容量负极制备复杂、难以工业化规模生产的问题。
[0005]本发明的技术方案:
[0006]—种2-甲基咪唑锌盐热解所得的电池负极材料，由碳、氮和氢组成，各成分的质量百分比含量为氮10-25%、氢< 10%、碳为余量，该材料内部直径小于1nm的孔道分布达90%以上，比表面积高便于离子迀移扩散;含氢量<10%增加了导电性，含氮量为10-25%使得结构便于离子插入。
[0007]—种所述2-甲基咪唑锌盐热解所得的电池负极材料的制备方法，包括以下步骤:
[0008]I)将2-甲基咪唑一价负离子的锌盐，在惰性气氛氮气或氩气保护、600-800°C的条件下，经热解、焦化生成氮杂多孔碳；
[0009]2)将上述氮杂多孔碳用浓度为0.5mol/L的盐酸除去残留的锌盐，经过水、甲醇和/或乙醇洗涤2-3次，然后在60°C以上真空干燥，得到氮杂多级孔碳负极材料。
[0010]所述2-甲基咪唑一价负离子的锌盐的合成方法，包括如下步骤:
[0011]将2-甲基咪唑和纯净的氧化锌加入到溶剂中，所述溶剂为水、甲醇或乙醇，2-甲基咪唑和氧化锌与溶剂的摩尔比为2-3:1:10-50，在常压溶剂沸点温度下搅拌共煮直至将溶剂蒸干，收集固体研细后，在100-200°C的温度区间内干燥2小时以上，得到黄色产物2-甲基咪唑一价负离子的锌盐。
[0012]—种所述氮杂多级孔碳负极材料的应用，用于扣式电池负极片或负极活性填充物，方法如下:扣式电池负极片或负极活性填充物由氮杂多级孔碳负极材料、导电剂和粘结剂组成，所述导电剂为乙炔黑/科琴黑/Super P，粘结剂为聚四氟乙烯/聚偏二氟乙烯/聚丙烯酸锂/聚乙烯吡咯烷酮，各组分的质量百分比为导电剂0-40%、粘结剂10-20%、氮杂多级孔碳负极材料为余量；电解液使用lmol/L六氟磷酸锂溶液或高氯酸钠溶液，溶剂为碳酸二乙酯与碳酸乙烯酯的体积比为1:1混合溶剂或碳酸丙烯酯，对电极为金属锂片或钠片，与负极片一起组装成为扣式电池。
[0013]本发明的优点是:
[0014]该方法制备的氮杂多级孔碳负极材料比容量高、倍率性能好、长周期循环性能好，既适用于锂离子电池又适用于钠离子电池，材料兼容性好，用途广泛；制备方法简单，易于工业化生产。
【附图说明】
[0015]图1是2-甲基咪唑一价负离子的锌盐的X射线粉末衍射谱图。
[0016]图2是电池负极材料的X射线粉末衍射图，显示其高度的非晶性。
[0017]图3是电池负极材料的77K氮气等温吸脱附数据图，其中内插的小图是孔径分布图，可以看到主要孔径分布在5nm以下，吸脱附数据显示该材料的BET比表面积在570平方米每克左右O
[0018]图4为电池负极材料在100mA/g正常充放电流下的锂离子电池循环性能图，显示出极佳的库仑效率和100周后超过700mAh/g的高比容量。
[0019]图5是电池负极材料在100mA/g正常充放电流下的锂离子电池比容量-电压图，显示出较好的长周期稳定保持性和低于IV的平均嵌入电位。
【具体实施方式】
[0020]为了更具体细致地介绍本专利，现举出两个具体的实施例以供解释，典型实施例旨在给出具体实施时的参考，而不适用于限定本发明。
[0021]实施例1:
[0022]—种2-甲基咪唑锌盐热解所得的电池负极材料，由碳、氮和氢组成，各成分的质量百分比含量为氮11.6%、氢5.6%、碳为余量，该材料内部直径小于I Onm的孔道分布达100%，比表面积高便于离子迀移扩散;含氢量5.6%增加了导电性，含氮量为11.6%使得结构便于离子插入;其制备方法步骤如下:
[0023]I)将氧化锌在600°C下灼烧4h后研细备用，将氧化锌和2-甲基咪唑加入水中共煮30分钟，氧化锌、2-甲基咪唑与水的用量比为0.1mol:0.25mol:100mL，持续搅拌下将溶剂煮沸至蒸干，收集固体研细后，在120°C的温度下干燥8小时，得到黄色的2-甲基咪唑一价负离子的锌盐，研成粉末备用；
[0024]图1是2-甲基咪唑一价负离子的锌盐的X射线粉末衍射谱图，可显著标示出与氧化锌的不同。
[0025]2)将上述2-甲基咪唑一价负离子的锌盐，在氮气保护下并800°C的条件下，经过2小时恒温热解、焦化生成氮杂多孔碳；用浓度为0.5mol/L的盐酸浸泡以除去氮杂多孔碳中残留的锌盐，经过3次稀盐酸洗涤、2次水洗涤和3次乙醇洗涤，然后在温度60 °C以上条件下真空干燥，得到氮杂多级孔碳的电池负极材料。
[0026]图2是电池负极材料的X射线粉末衍射图，显示其高度的非晶性。
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