為了提升碳材料的電化學(xué)性能，相關(guān)人員進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)使用雜原子摻雜碳材料的方法。經(jīng)過雜原子摻雜的碳材料具有優(yōu)異的電子傳輸和儲存能力，可以作為鋰離子電池的負(fù)極材料。氮元素和碳化學(xué)性質(zhì)較為相似，較為容易結(jié)合，經(jīng)過數(shù)十年的研究，當(dāng)前氮摻雜碳材料被應(yīng)用在多個領(lǐng)域，尤其是在燃料電池中作為電催化劑和超級電容器的電極材料。
根據(jù)周圍環(huán)境的不同，摻雜氮原子可被分為化學(xué)氮和結(jié)構(gòu)氮兩種。化學(xué)氮通常存在安吉或者亞硝酰基等表面基團(tuán)中，可以用氨水、硝酸對碳材料進(jìn)行引入化學(xué)氮。結(jié)構(gòu)氮是指直接連接在碳骨架上的氮，常見的有石墨氮、吡啶氮、吡咯氮和吡啶氮氧化物等。
根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的
《2021-2025年中國氮摻雜碳材料行業(yè)市場供需現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢預(yù)測報告》顯示，鋰離子電池由于擁有高能量、高循環(huán)、綠色環(huán)保等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在汽車、智能手機(jī)、電腦、人造衛(wèi)星等領(lǐng)域。在2021年上半年，國內(nèi)鋰離子電池產(chǎn)量約為111GWh，上游的正極材料和負(fù)極材料產(chǎn)量分別為46萬噸和36萬噸。目前鋰離子電池的安全性存在問題，且能量密度不能滿足需求，因此開發(fā)高性能電機(jī)材料極具意義。氮摻雜碳材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用前景廣闊，行業(yè)發(fā)展前景較好。
氮摻雜碳材料的合成方法多種，主要可歸為原位摻雜法、后處理法兩種。其中原位氮摻雜材料的合成方法主要有模板法、化學(xué)氣相沉淀法和水熱法。后處理法主要是用于含氮豐富的材料作為氮源時采用的方法，該方法處理的缺點是合成步驟繁瑣、氮摻雜量較低。
雖然氮摻雜碳材料行業(yè)發(fā)展前景較好，但由于氮物種類型的多樣化、含量差異化大、分布不均勻等問題，給氮物種的采集和確認(rèn)帶來難題，一定程度影響了氮摻雜碳材料行業(yè)的發(fā)展。
新思界
產(chǎn)業(yè)分析人士表示，氮摻雜碳材料是碳材料行業(yè)高端化發(fā)展的必然趨勢，成為近幾年先材料研究的熱點之一，行業(yè)發(fā)展快速，未來作為負(fù)極材料在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用前景較好。氮摻雜碳材料性能優(yōu)異，應(yīng)用前景較好，但目前其摻雜氮原子獲取和辨認(rèn)存在一定難度，且摻雜氮原子采用的合成方法存在明顯缺陷，未來行業(yè)存在較大發(fā)展空間。
