[發明專利]一種鋰或鈉離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810508943.3
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108539185B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 田忠良;賴延清;趙澤軍;辛鑫;楊凱;宗傳鑫;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

1.一種鋰或鈉離子電池負極材料；其特征在于：所述鋰或鈉離子電池負極材料包括納米金屬/碳復合材料，所述納米金屬/碳復合材料以無定形鏤空碳球為骨架，金屬單質均勻地嵌入在碳骨架中，形成粒度在100～500nm的納米金屬/碳復合顆粒；

所述納米金屬/碳復合材料以質量百分比計包括：

無定形碳 40％～70％，

金屬A 30％～60％，金屬A粒徑大小在3～10nm之間；

所述納米金屬/碳復合材料中，無定形鏤空碳球的粒度在100～500nm之間且無定形鏤空碳球的比表面積為300～1000m²/g；碳球中的空隙在10～50nm之間；

所述金屬A選自鈷、鎳、鐵、錫、銻、鉍、鉬、銅、銦、銀、鎵、鎘、鉛、鉈中至少一種；

所述鋰或鈉離子電池負極材料通過下述步驟制備：

步驟一

按比例稱取可溶金屬A的化合物和可溶雙性金屬的化合物作為原料；將稱取原料、第一碳源、溶劑混合；得到溶液A；

所述溶劑選自醇、丙酮、乙醚中的至少一種；

所述第一碳源選自葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖、核糖、麥芽糖、蔗糖、可溶纖維素、可溶淀粉中的至少一種；

步驟二

將得到的溶液A置于密閉容器中，于150～200℃進行反應，然后，以10～30℃/min的冷卻速度，得到含有固相的混合液；

步驟三

對步驟二所得含有固相的混合液先放入洗滌液中并超聲5～30min，反復洗滌、抽濾，然后把固相放入到烘箱中，干燥8～12h得到固體B；所使用的洗滌液包括去離子水、甲醇、乙醇、丙酮、乙醚中的至少一種；在進行超聲洗滌時，控制超聲波的頻率為25～40KHz、時間為10～20min，固體B經煅燒，得到納米復合材料前驅體，所述煅燒的溫度為500～1000℃；

步驟四

將得到的納米復合材料前驅體顆粒加入強堿溶液中，攪拌、過濾、洗滌，最后將得到的產物在保護氣氛下烘干，得到所述鋰或鈉離子電池負極材料。

2.根據權利要求1所述的一種鋰或鈉離子電池負極材料，其特征在于：所述鋰或鈉離子電池負極材料在1C下循環500圈，平均比容量為550～650mAh/g，在3C～8C的倍率下進行充放電，比容量為380～460mAh/g。

3.根據權利要求1所述一種鋰或鈉離子電池負極材料，其特征在于：

步驟一中所述可溶金屬A的化合物選自鈷鹽、鎳鹽、鐵鹽、錫鹽、銻鹽、鉍鹽、鉬鹽、銅鹽、銦鹽、銀鹽、鎵鹽、鎘鹽、鉛鹽、鉈鹽中的至少一種；

所述的可溶雙性金屬的化合物包括鋅的化合物、鋁的化合物、鎵的化合物中的至少一種；

所述溶劑選自乙二醇、二乙二醇、丙醇、異丙醇、丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、丙酮、乙醚中的至少一種。

4.根據權利要求3所述一種鋰或鈉離子電池負極材料，其特征在于：所述鋅的化合物包括醋酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅、硝酸鋅中的任一種或幾種，所述鋁的化合物包括硝酸鋁、硫酸鋁、氯化鋁中的任一種或幾種，鎵的化合物包括硝酸鎵、氯化鎵、硫酸鎵中的任一種或幾種。

5.根據權利要求1所述一種鋰或鈉離子電池負極材料，其特征在于：

步驟一中，按1mol金屬A的化合物配取50～100L溶劑、50～800g碳源、0.5～5mol雙性金屬的化合物的比例，配制可溶金屬A的化合物、可溶雙性金屬的化合物、溶劑、碳源的混合溶液，得到溶液A；

步驟二中將得到的溶液A置于密閉容器中，以10～20℃/min升溫速率升溫至150～200℃，反應3～8小時，然后水冷至室溫，得到含有固相的混合液。

6.根據權利要求5所述的一種鋰或鈉離子電池負極材料，其特征在于:將固體B放置于保護氣氛下，以3～10℃/min的升溫速率，升溫至500～1000℃，煅燒5～10h，得到納米復合材料前驅體，所述保護氣氛選自N₂、Ar、He、H₂、NH₃、H₂S中的至少一種。

7.根據權利要求1所述一種鋰或鈉離子電池負極材料，其特征在于：步驟四中使用的強堿溶液包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰中的至少一種，堿液的濃度在1mol/L～9mol/L之間，當可溶金屬A的化合物為鈷鹽、鎳鹽、鐵鹽、鉬鹽、銅鹽、銀鹽、鎘鹽、鉛鹽、鉈鹽時，反應控制溫度小于等于80℃，攪拌1～10h，當可溶金屬A的化合物為錫鹽、銻鹽、鉍鹽、銦鹽、鎵鹽時，反應控制溫度小于等于30℃，攪拌1～10h。