[發明專利]一種荔枝狀鎢酸鈉/氮摻雜碳復合結構的鋰電池負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110291004.X
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112864367B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 史家遠;楊清華;徐旭升;劉富亮;陳曉濤;石斌
• 申請（專利權）人: 貴州梅嶺電源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 貴州派騰知識產權代理有限公司 52114
• 代理人: 周黎亞

本發明屬于鋰電池技術領域，具體涉及一種荔枝狀鎢酸鈉/氮摻雜碳復合結構的鋰電池負極材料的制備方法，以CMC、可溶性鎢酸鹽和多巴胺為原材料進行水熱，然后經煅燒制備得到，本發明荔枝狀鎢酸鈉/氮摻雜碳復合結構的鋰電池負極材料兼具優良的循環壽命、倍率性能和導電性。

技術領域

本發明屬于鋰電池技術領域，具體涉及一種荔枝狀鎢酸鈉/氮摻雜碳復合結構的鋰電池負極材料的制備方法。

背景技術

近幾十年來，具有高能量密度和長循環壽命的鋰離子電池受到持續關注，高功率密度和高能量密度的鋰離子電池將會得到大規模應用。而商用的石墨基鋰離子電池的理論容量較低(372mAh/g)，所以應當發展具有更高儲鋰機理的材料。近年來，基于鎢元素的鋰電池負極材料正在引起人們越來越多的關注，這主要是因為鎢基負極材料在理論容量、大倍率放電和充放電體積變化等方面具有顯著的優勢。專利CN110327913A在強酸和高溫高壓條件下，用石墨烯包覆了片狀的氧化鎢材料。專利CN105826539A采用溶劑熱法或直接加熱合成有氧空位的氧化鎢和碳的復合材料，性能優異。專利CN107180951A通過水熱法制備了三氧化鎢/二氧化鎢復合材料，希望結合三氧化鎢的高容量和二氧化鎢良好的導電性。專利CN106611847A制備了一種摻鈦的納米氧化鎢負極材料，與純氧化鎢相比，摻鈦的納米氧化鎢負極材料的放電比容量和循環穩定性均有所提高。然而，氧化鎢的電子電導率較差，還需要開發出電子電導率更好的鎢基電池材料。

據所知，荔枝狀微球是由納米級結晶性次級顆粒自組裝而成的微米級球形多級結構，因此，荔枝狀微球是由納米晶體構成的組裝體，納米晶可以縮短鋰離子在電極中的傳輸距離，從而增強電池材料的電化學性能。同時荔枝狀微球容易分散，可以避免納米晶的大量聚集和不均勻分布，防止電化學性能的快速衰減。此外，荔枝狀自組裝體可以為納米晶體在充放電過程中的體積變化提供充裕的緩沖空間，減少納米晶因體積變化而導致的電極結構破損，改善電極的電化學循環穩定性，所以我們試圖研究一種具有荔枝狀微觀結構的鎢基電池材料以彌補氧化物電子電導率差的缺陷。然而，荔枝狀微球的合成的實驗條件是較為嚴苛的，這極大地限制了工業化生產。例如，北京航空航天大學團隊合成了荔枝狀TiO₂@TiN微球，并將其應用于鋰硫電池中，而這種荔枝狀微球的合成需要在氨水精確調節pH的堿性環境下進行(DOI:10.1039/c9ra09534a)。此外，西南大學團隊在水熱環境下合成了荔枝狀的FeS₂@FeSe₂微球，并將其應用于鈉離子電池中，這種荔枝狀微球的合成則需引入具有較大毒性和腐蝕性的水合肼作為還原劑，反應條件較為苛刻，且不利于綠色生產(DOI:10.1039/C7TA05931K)。浙江大學團隊所得到的荔枝狀Si@C微球，亦是在氨水提供的堿性條件下合成的，并且在合成后還需要采用鹽酸和氫氟酸等強腐蝕性試劑進行清洗，合成和處理過程復雜(DOI:10.1007/s11581-019-03108-z)。

因此，為了實現無需引入強酸強堿的合成策略，在不使用腐蝕性試劑的情況下，合成出具有荔枝狀微球結構的鎢酸鈉，并將其用于鋰離子電池的電極材料中是荔枝狀鎢基電池材料的研究新趨勢。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，例如，荔枝狀鈉鹽微球結構的合成往往需要在強酸堿性環境下進行，提出了一種無需引入強酸強堿或有毒試劑的荔枝狀鎢酸鈉/氮摻雜碳復合結構的鋰電池負極材料的制備方法。

具體是通過以下技術方案來實現的：

一種荔枝狀鎢酸鈉/氮摻雜碳復合結構的鋰電池負極材料的制備方法，以CMC、可溶性鎢酸鹽和多巴胺為原材料進行水熱，然后經煅燒制備得到。

進一步優選，一種荔枝狀鎢酸鈉/氮摻雜碳復合結構的鋰電池負極材料的制備方法，包括以下幾個步驟：

(1)材料準備：取CMC溶于水中，然后加入可溶性鎢酸鹽進行溶解，制得含鎢酸鹽和CMC的分散液；取多巴胺溶于去離子水中，得多巴胺溶液；