【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池负极材料，具体涉及一种新型结构的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料及其制备方法。
技术介绍
1、目前，随着电子电器小型化、高能化、便携化的发展需求，可穿戴设备等便携式电子产品得到了快速发展。柔性锂离子电池作为其核心部件，因其能量密度高、工作电压高、充电速度快、循环寿命长、环境友好、安全稳定的优点，受到研究者的密切关注。为满足电子产品柔性化、微型化发展需求,开发高能量密度的柔性锂离子电池用柔性电极材料成为重要的研究方向。
2、碳材料是目前锂离子电池常用的负极材料，主要是由于其只有10％左右的体积膨胀，合适的循环寿命，以及较低的脱锂电压平台[1-2]。在众多的碳材料中，碳纳米纤维表现出较高的机械柔性、短径向的有效锂离子扩散通道、可缓解应变力的开放纤维间隙等，可实现编织和大尺寸形变使用需求的宏观柔性电极结构设计，作为柔性电极材料广泛应用在可穿戴式电子设备中[3-4]。
3、目前，碳纳米纤维是通过将电纺聚合物/沥青纳米纤维前驱体在3000℃以上的温度进行碳化处理的方式进行规模化生产的[5-6]。这类碳纳米纤维的强度、导电性和电化学活性需要一定程度的石墨取向，上述制备方法中石墨取向是通过在整个稳定、熔融和碳化合成过程中进行创建和保持聚合物链的取向来实现的。然而，这种传统方法的主要缺点是需要额外制备聚合物纳米纤维、合成耗时以及高能耗。此外，形成的石墨环、石墨圈和洋葱状石墨结构的碳纳米纤维，呈现出封闭的石墨烯层和较小的开放晶间间隙，非常不利于锂离子的嵌入、扩散和储存。此外，在1000℃以下通过在
4、因此，探索一类有效的碳前驱体材料作为固态碳源，通过建立一种有效的低温合成策略，直接制备出石墨化良好、取向和夹层间距可控的碳纳米纤维，获得高活性碳骨架结构、高电子导电性、高离子传输特性，进一步获得良好的放电比容量、充放电循环稳定性、以及倍率性能，是实现高性能碳纳米纤维柔性负极材料大规模应用的迫切需要。
5、参考文献
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13、[8]wang,r.；wang,l.；liu,r.；li,x.；wu,y.；ran,f.,“fast-charging”anodematerials for lithium-ion batteries from perspective of ion diffusion incrystal structure.acs nano 2024,18(4),2611-2648.
技术实现思路
1、为了探索一类有效的碳前驱体材料作为固态碳源，通过建立一种有效的低温合成策略，直接制备出石墨化良好、取向和夹层间距可控的碳纳米纤维，获得高活性碳骨架结构、高电子导电性、高离子传输特性，进一步提高柔性锂离子电池的放电比容量、充放电循环稳定性、以及倍率性能，本专利技术提供了一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料及其制备方法。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：该材料具有管状的核壳结构，外壳为竹节状的中空氮掺杂碳纳米管石墨纤维壳层，内核为实心结构的石墨纤维核层。
4、在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料中，外壳为纵向生长的竹节状中空氮掺杂碳纳米管石墨纤维壳层，内核为横向v型生长的实心结构石墨纤维核层。
5、在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料中，竹节状的中空氮掺杂碳纳米管石墨纤维壳层的长度在0.1～100μm之间，管径在10～5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：该材料具有管状的核壳结构，外壳为竹节状的中空氮掺杂碳纳米管石墨纤维壳层，内核为实心结构的石墨纤维核层。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料中，外壳为纵向生长的竹节状中空氮掺杂碳纳米管石墨纤维壳层，内核为横向V型生长的实心结构石墨纤维核层。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料中，竹节状的中空氮掺杂碳纳米管石墨纤维壳层的长度在0.1～100μm之间，管径在10～500nm之间，碳壁厚度为2～50nm。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料中，实心结构的石墨纤维核层的长度在0.1～100μm之间，直径在8～498nm之间。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料中，高石墨化度的中空氮掺杂碳纳米管石墨纤维壳层、定向生长的实心结构石墨纤维核层、以及增大的石墨纤维层间距，展现出高活性碳骨架结构、高电子导电性、高锂离子传输特性，在负极材料应用中进一步提高锂存储容量、倍率性能和循环稳定性。
7.如权利要求1-6任意项所述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料的制备方法，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料的制备方法，其特征在于：在上述的制备方法中，步骤1)中的氮杂环为三聚氰胺、六亚甲基四胺、六甲蜜胺、三聚氰胺甲醛树脂、三氮唑、腺嘌呤、联咪唑、喋啶、三氮杂环十二烷、四氮杂环十五烷中的一种或多种组合；多环芳烃为萘、苊、蒽、菲、芴、芘、荧蒽、苝、蒽嵌蒽中的一种或多种组合；过渡金属盐为过渡金属铁、钴、镍的碳酸盐、硝酸盐、氯化盐中的一种或多种组合。
9.根据权利要求7所述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料的制备方法，其特征在于：在上述的制备方法中，步骤2)包含如下步骤：将混合粉末材料在氮气气氛中200～500℃烧结0.5～5小时，并在600～1100℃烧结0.5～72小时，并降至室温，获得嵌有过渡金属离子的氮掺杂碳纳米纤维负极材料。
10.根据权利要求7所述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料的制备方法，其特征在于：在上述的制备方法中，步骤3)包含如下步骤：嵌有过渡金属离子的氮掺杂碳纳米纤维负极材料在2～6M的HCl溶液中进行80～200℃水热处理1～60小时，去除金属离子，并进行去离子水洗涤及干燥，获得氮掺杂碳纳米纤维负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：该材料具有管状的核壳结构，外壳为竹节状的中空氮掺杂碳纳米管石墨纤维壳层，内核为实心结构的石墨纤维核层。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料中，外壳为纵向生长的竹节状中空氮掺杂碳纳米管石墨纤维壳层，内核为横向v型生长的实心结构石墨纤维核层。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料中，竹节状的中空氮掺杂碳纳米管石墨纤维壳层的长度在0.1～100μm之间，管径在10～500nm之间，碳壁厚度为2～50nm。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料中，实心结构的石墨纤维核层的长度在0.1～100μm之间，直径在8～498nm之间。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料中，横向生长结构的实心结构石墨纤维核层体积占比10～95％之间。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料，其特征在于：在上述的锂离子电池氮掺杂碳纳米纤维负极材料中，高石墨化度的中空氮掺杂碳纳米管石墨纤维壳层、定向生长的实心结构石墨纤维核层、以及...
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