【干貨】用富勒烯制備N摻雜多孔碳材料

鋰電池經過多年的發展，比能量、倍率性能和安全性能都得到了極大的提升，但是隨著數碼電子產業和電動車產業的快速發展，對鋰電池的能量密度提出更高的要求。而鋰電池的能量密度主要取決于正極活性物質和負極活性物質的比容量，傳統的石墨材料理論比容量僅為372mAh/g，遠遠不能滿高比能鋰電池的需求，因此急需開發新型的高容量負極材料。

其確實整個鋰電池的發展歷史中，人們對高性能負極材料的研發也從未止步，例如硅合金負極材料經過多年的技術發展，已經逐漸成熟。納米化、石墨包覆等手段，負極補鋰工藝和電解液技術的發展，使得硅負極的商業化使用的時機已經成熟，但是目前高性能硅負極材料加工技術還被牢牢控制在日韓兩國的手中，使得中國鋰電企業在使用硅基負極材料時處處受到掣肘，高額利潤被日韓廠家賺取。其他正在研發中，有望取代硅負極的高性能負極材料還有金屬硫化物負極，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，在傳統的石墨類材料的基礎上，經過形貌改造和元素摻雜等工藝，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電池負極材料。

相關研究顯示，石墨類材料的比容量主要取決于比表面積、孔結構、摻雜和缺陷等因素，因此對石墨材料性能的提升，需要對材料的結構進行系統的設計。N元素摻雜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特性，同時N摻雜在石墨內部萌生了數量眾多的缺陷，能夠作為Li+嵌入的活性點，增加N摻雜石墨材料的比容量。同時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，也能夠提高鋰電池的容量。綜上所述，一款理想的是石墨負極材料應當具有一下特點：1）具有3D網狀結構，具有微孔或者介孔結構，保證鋰離子快速傳輸；2）SP2鍵連接的共價鍵結構，以保證快速傳導電子的能力；3）優化的摻雜元素和缺陷的布局，為Li+嵌入提供更多的活性點位。

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