【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池领域，具体涉及一种过渡金属元素掺杂石墨的负极材料及制备方法和负极及锂离子电池。
技术介绍
1、随着储能技术和动力电池的大力发展，锂离子电池被广泛应用。现阶段石墨材料来源广、价格低廉、制备工艺成熟，传统石墨负极材料已广泛应用在锂离子电池负极，但因其层状结构，较小的层间距在嵌锂过程中不利于锂离子嵌入，导致首周库伦效率受限和大电流下嵌锂困难。随着锂离子电池材料的发展，现阶段的石墨负极材料无法满足快充要求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有的负极材料不能满足快充要求的问题，提供一种过渡金属元素掺杂石墨的负极材料及制备方法和负极及锂离子电池。采用本专利技术制得的负极材料，通过过渡金属元素掺杂提高锂离子嵌入和脱嵌速率，增加了材料的可逆容量和首效，并在快充方面有良好应用前景。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供第一种过渡金属元素掺杂石墨的负极材料的制备方法，其中，所述制备方法包括：将石墨和含氮材料进行混合后获得石墨混合物，将所述石墨混合物和过渡金属元素源在绝氧环境中进行热处理，获得负极材料；
3、其中，所述过渡金属元素源包括铁源、镍源、钴源和锰源中的任意一种。
4、本专利技术第二方面提供一种过渡金属元素掺杂石墨的负极材料，其中所述负极材料包括石墨，以及掺杂在石墨中的过渡金属元素和氮元素，其中，所述过渡金属元素选自铁、镍、钴以及锰中的任意一种。
5、本专利技术第三方面提供一种负极，其中，包括根据本专利技术第一
6、本专利技术第四方面提供一种锂离子电池，其中包括本专利技术第三方面所述的负极。
7、本专利技术在制备过渡金属元素掺杂石墨的负极材料时，先将石墨和含氮材料混合，利用氮做活性位点，然后将具有氮活性位点的石墨和过渡金属元素源于绝氧条件下进行热处理，得到过渡金属元素掺杂石墨的负极材料，即本专利技术利用含氮材料引入大量氮元素，同时加入一定量的掺杂元素源，通过热处理，使掺杂过渡金属元素和氮元素位点结合，均匀分布在石墨表面，提高材料稳定性，继而提升石墨的储锂性能。
8、本专利技术提供的上述制备方法制备工艺简单安全，成本低，且具有很好的连续性，适合大批量生产。
9、本专利技术提供的过渡金属元素掺杂石墨的负极材料中，掺杂元素包括铁、镍、钴、锰中的任意一种，其中，过渡金属元素掺杂可以显著提高电导率，提供更多的储锂活性位点，降低材料嵌锂过程中的阻抗，有助于增加石墨负极材料的可逆容量；进一步地，过渡金属元素还可以有效地扩大材料的层间距，有利于锂离子的嵌入和脱出，有利于增强锂离子扩散和插入动力学，对石墨负极首效的提高是有利的。将本专利技术提供的过渡金属元素掺杂石墨的负极材料用作锂离子电池的负极材料，在快充方面具有良好的应用前景。
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1.一种过渡金属元素掺杂石墨的负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将石墨和含氮材料进行混合后获得石墨混合物，将所述石墨混合物和过渡金属元素源在绝氧环境中进行热处理，获得负极材料；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述石墨和含氮材料的质量比为30-100:1，优选为50-70:1；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述热处理的温度为400-900℃，时间为1-4h，所述热处理的升温速率为4-6℃/min。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，所述混合包括：球磨；
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，优选地，所述混合还包括：在进行所述球磨前加入溶剂混匀后再进行所述球磨，所述球磨后去除溶剂；
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法，其中，所述绝氧环境为真空环境或惰性气体环境；
7.一种过渡金属元素掺杂石墨的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括石墨，以及掺杂在石墨中的过渡金属元素和氮元素，其中，所述过渡金属元素选自铁、镍、钴以及锰中的任意一种。
...【技术特征摘要】
1.一种过渡金属元素掺杂石墨的负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将石墨和含氮材料进行混合后获得石墨混合物，将所述石墨混合物和过渡金属元素源在绝氧环境中进行热处理，获得负极材料；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述石墨和含氮材料的质量比为30-100:1，优选为50-70:1；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述热处理的温度为400-900℃，时间为1-4h，所述热处理的升温速率为4-6℃/min。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，所述混合包括：球磨；
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，优选地，所述混合还包括：在进行所述球磨前加入溶剂混匀后再进行所述球磨，所述球磨后去除溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，刘涛，苏岳锋，吴锋，马思远，董宇，黄擎，陈来，刘偲，张建民，
申请(专利权)人：北京理工大学重庆创新中心，
类型：发明
国别省市：
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