[發明專利]一種電池負極材料及其制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201710421964.7
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107017403A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 武俊偉;唐啟明;崔彥輝;黃云輝;張新河;常嵩
• 申請（專利權）人: 東莞市邁科新能源有限公司;哈爾濱工業大學深圳研究生院;東莞市邁科科技有限公司;東莞市邁科鋰離子電池工業節能技術研究院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市智圈知識產權代理事務所(普通合伙)44351
• 代理人: 韓紹君

技術領域

本發明屬于電池技術領域，尤其涉及一種電池負極材料及其制備方法及其應用，所述電池包括鋰離子電池和鈉離子電池。

背景技術

鋰離子電池目前被廣泛運用在電子產品和動力汽車上，鈉離子電池主要應用于大型儲能。由于兩種電池各自的優點：鋰離子電池充放電效率高，能量密度高，鈉離子電池資源豐富，成本低廉。目前商業上用途最廣的鋰離子電池負極材料當屬石墨，但是石墨負極由于其充放電電壓平臺較低，會產生鋰枝晶等缺陷而刺穿隔膜以至于帶來安全問題，而且石墨由于層間距小而不能被應用于鈉離子電池的負極，目前研究者們正在積極的開發新的負極材料來替代石墨負極，并希望負極材料能夠同時應用在鋰離子電池和鈉離子電池中。

有鑒于此，本發明旨在提供一種電池負極材料及其制備方法，該負極材料可以同時應用到鋰離子電池和鈉離子電池中。

發明內容

本發明的目的之一在于：針對現有技術的不足，而提供一種電池負極材料，該負極材料可以同時應用到鋰離子電池和鈉離子電池中。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種電池負極材料，所述負極材料具有核殼結構，其中核結構為SnSe_xS_1-x，其中，0＜x＜1，殼結構為碳。

作為本發明電池負極材料的一種改進，所述核結構為SnSe_0.5S_0.5。

作為本發明電池負極材料的一種改進，所述殼結構與所述核結構的質量比例為1：(3-10)，所述殼結構的厚度為100nm-10μm。

相對于現有技術，SnSe_xS_1-x具有良好的電化學性能，比如，其儲鋰性能優異，但是其在循環過程中體積變化較大，大的體積變化會引起電極材料的粉化、崩裂而失效，導致循環性能變差，碳包覆則可以對SnSe_xS_1-x進行約束，減小其體積變化，提高其循環性能，使得SnSe_xS_1-x能夠應用鋰離子電池和鈉離子電池。總之，該負極材料可同時用于鋰離子電池和鈉離子電池，具有高的比容量，優異的循環性能和倍率性能。

本發明的另一個目的在于提供一種本發明所述的電池負極材料的制備方法，至少包括如下步驟：

1)前驅體的合成：

在80℃-120℃的環境下，將S粉末和Se粉末溶入裝有二甘醇(DEG)的三嘴燒瓶中并劇烈攪拌，然后通入惰性氣體，除去燒瓶內的空氣，將乙二胺(EN)滴入上述溶液中，轉移到130℃-150℃的環境中，繼續攪拌，并加入SnCl₄·5H₂O，再加熱至190℃-220℃，保溫1h-5h后，冷卻至室溫；再用乙醇清洗并離心，干燥得到棕黃色粉末；

2)核結構的合成：

將步驟1)中的前軀體在惰性氣體保護氛圍下、于300℃-500℃下燒結15h-30h，然后冷卻得到黑色粉末；

3)電池負極材料的合成：

將步驟2)得到的黑色粉末加入碳源水溶液中，超聲混合均勻，然后轉移至水熱反應釜中，在160℃-200℃的環境下保持1h-5h，隨爐冷卻，然后進行抽濾，再在400℃-700℃的惰性氣體保護的室式爐中燒結2h-6h，然后隨爐冷卻，最后得到黑色粉末。

作為本發明電池負極材料的制備方法的一種改進，步驟1)、步驟2)和步驟3)中的惰性氣體為氮氣或氬氣。

作為本發明電池負極材料的制備方法的一種改進，步驟1)中，S粉末和Se粉末的摩爾比例為x：(1-x)，其中，0＜x＜1。

作為本發明電池負極材料的制備方法的一種改進，所述碳源為葡萄糖、檸檬酸、硬脂酸和蔗糖中的至少一種。

作為本發明電池負極材料的制備方法的一種改進，步驟1)中，二甘醇(DEG)和乙二胺(EN)的體積比為(20-25):1。

作為本發明電池負極材料的制備方法的一種改進，S粉末和Se粉末在加入三嘴燒瓶以前，先用研缽混合均勻。