[發明專利]一種離子電池負極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010968169.1
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112054188B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 張迪;孫運超;王波;孫會蘭;王秋君;李文;李昭進
• 申請（專利權）人: 湖南大昊科技有限公司
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 郝曉紅

本發明涉及電極材料制備技術領域，具體公開一種離子電池負極材料及其制備方法和應用。所述離子電池負極材料的制備方法為：將生物質材料和添加劑混合后，加入去離子水中攪拌均勻，再進行干燥，得到干固物；將所述干固物在惰性氣體氣氛中升溫至800?1200℃進行燒結，得到所述離子電池負極材料；所述添加劑包括糖類化合物和金屬化合物。本發明制備得到的離子電池負極材料有效避免了在長期充放電過程中因體積變化而導致的壽命較差的情況，并兼具高離子儲量的優勢。

技術領域

本發明涉及電極材料制備技術領域，尤其涉及一種離子電池負極材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池作為重要的電化學儲能器件具有高能量密度、長循環壽命和無記憶效應等特點，被廣泛應用到了數字化產品、電動汽車以及智能電網中。但是隨著各種新型電子器件的出現以及新能源汽車的蓬勃發展和市場需求的持續增大，鋰離子電池所需的鋰資源出現嚴重的緊缺，隨之帶來的是高昂的電池成本，很大程度上制約了離子電池的大規模生產及使用。因此，尋找代替鋰離子電池的新型的能源儲存器件具有重要意義。

目前鋰離子電池的成熟應用已到達瓶頸，鋰離子電池的高成本對其進一步發展也是一個很嚴峻的挑戰。土壤中含有豐富的金屬離子，多數離子電池的研究開始注重使用土壤中含量豐富的金屬離子，例如鉀離子和鈉離子。鉀離子電池是目前研究中最理想的選擇，但是鉀離子的半徑體積很大，在鉀離子電池的充放電過程中由于鉀離子的不斷嵌入和脫嵌，會造成負極材料膨脹，進而導致鉀離子電池出現循環壽命差、容量衰減快的缺陷。

發明內容

針對現有鉀離子電池的負極材料在鉀離子的不斷嵌入和脫嵌過程中，易膨脹和變形并造成鉀離子電池出現循環壽命差、容量衰減快的問題，本發明提供一種離子電池負極材料及其制備方法和應用。

為達到上述發明目的，本發明實施例采用了如下的技術方案：

一種離子電池負極材料的制備方法，將生物質材料和添加劑混合后，加入去離子水中攪拌均勻，再進行干燥，得到干固物；將所述干固物在惰性氣體氣氛中升溫至800-1200℃進行燒結，得到所述離子電池負極材料；

所述添加劑包括糖類化合物和金屬化合物。

相對于現有技術，本發明提供的離子電池負極材料的制備方法操作簡單、原料易得、成本低，且整個制備過程無需進行強酸、強堿或其它處理液的清洗和刻蝕，制備過程安全性高。本發明將生物質材料與特定的添加劑在水中充分混合干燥后，在特定溫度下進行燒結可以得到具有特殊的多孔薄壁狀結構的離子電池負極材料，該多孔薄壁狀結構的離子電池負極材料可以有效抑制離子電池負極材料中的離子在嵌入和脫嵌過程中造成的體積膨脹，有效避免了負極材料在長期充放電過程中因體積變化而導致的循環壽命較差的情況，并有效增加了其與電解質的接觸面積，增加了反應的活性位點，有利于電池電化學性能的提升。同時上述添加劑與生物質材料的結合形成的負極材料可顯著提升離子或電子的傳輸速度、提高離子儲量，有效解決了離子電池容量低的問題。

優選的，所述生物質材料為奶茶粉、果蔬粉、谷物粉、秸稈粉和木屑中的至少一種。

優選的，所述生物質材料與所述添加劑的質量比為10:1-5。

優選的，所述生物質材料與所述去離子水的質量比為1:10-20。

優選的，所述去離子水的溫度為25-45℃。

優選的，所述攪拌轉速為100-200r/min、時間為1-3h。

優選的，所述干燥溫度為60-90℃、時間為20-30h。

優選的，將所述干固物研磨至粒徑≤100μm后再進行所述燒結。

將所述干固物研磨至粒徑≤100μm后再進行所述燒結可進一步提升所得到的負極材料的結構的均勻性。

優選的，所述惰性氣體為氬氣或氮氣。