一种锂或钠离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂或钠离子电池负极材料及其制备方法。所述锂或钠离子电池负极材料以无定形镂空碳球为骨架，金属单质均匀地嵌入在碳骨架中，形成粒度在100～500nm的纳米金属/碳复合颗粒；所述纳米金属/碳复合材料以质量百分比计包括无定形碳40％～70％，金属A 30％～60％，金属A粒径大小在3～10nm之间。本发明专利技术不仅能解决普通碳材料比容量低的问题，同时也弥补了充放电过程中金属材料体积变化剧烈的不足。本发明专利技术所设计和制备的产品在使用时显示出了较好的循环稳定性和倍率性能。本发明专利技术产品结构设计合理、制备工艺简单可控，所得产品性能优良，便于工业化生产和应用。所得产品具有优异的比容量和倍率性能以及优异的循环使用寿命。

Anode material for lithium or sodium ion battery and preparation method thereof

The invention relates to a lithium or sodium ion battery anode material and a preparation method thereof. The cathode material of the lithium or sodium ion battery takes the amorphous hollow carbon sphere as the skeleton, and the metallic elements are uniformly embedded in the carbon skeleton to form nano-metal/carbon composite particles with a particle size of 100-500 nm; the nano-metal/carbon composite material comprises amorphous carbon 40%-70%, metal A 30%-60%, and gold in a mass percentage. The size of A belongs to 3 to 10nm. The invention can not only solve the problem of low specific capacity of common carbon materials, but also remedy the deficiency of sharp volume change of metal materials during charging and discharging. The product designed and prepared by the invention shows good cyclic stability and rate performance in use. The product structure of the invention is reasonable, the preparation process is simple and controllable, the product performance is excellent, and is convenient for industrial production and application. The product has excellent specific capacity and multiplying performance and excellent cycle life.

【技术实现步骤摘要】
一种锂或钠离子电池负极材料及其制备方法
本专利技术涉及新能源材料制备领域，特别是涉及一种锂或钠离子电池负极材料及其制备方法。技术背景锂离子电池由于具有较高的循环稳定性和使用寿命，已经广泛应用在便携式电子产品、新能源汽车和规模化的储能电站系统。目前商业化的锂离子电池使用的负极材料为石墨，石墨虽然具有稳定的循环性能，但是受限于其较低的放电比容量(372mAhg-1)。随着对新能源电池需求的不断增长，开发出新电极材料来提高电池循环性能成为开发新型锂离子电池的关键。一些金属与锂具有较低的合金化电位，形成合金化合物(Li4.4Sn、Li3Bi、LixZn)，具有较高的理论储锂性能，有望成为下一代锂(钠)离子电池的负极材料。但是由于金属电极材料在锂离子嵌入/脱出的过程中，会发生较大的体积变化，导致电极材料粉化以及破坏SEI膜的稳定性，这样会使电池的放电比容量迅速衰减。制备纳米结构的负极材料(像核壳结构、多层结构、表面包覆等)有助于缓冲锂离子在嵌入/脱出过程中发生的体积膨胀问题。但是目前所采用的方法存在制备工艺繁琐，不利于工业化生产，而且得到的金属粒子比较大，使电池的倍率性能不好，因此有必要提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂或钠离子电池负极材料；其特征在于：所述锂或钠离子电池负极材料包括纳米金属/碳复合材料，所述纳米金属/碳复合材料以无定形镂空碳球为骨架，金属单质均匀地嵌入在碳骨架中，形成粒度在100～500nm的纳米金属/碳复合颗粒；所述纳米金属/碳复合材料以质量百分比计包括：无定形碳 40％～70％，金属A 30％～60％，金属A粒径大小在3～10nm之间。

【技术特征摘要】
1.一种锂或钠离子电池负极材料；其特征在于：所述锂或钠离子电池负极材料包括纳米金属/碳复合材料，所述纳米金属/碳复合材料以无定形镂空碳球为骨架，金属单质均匀地嵌入在碳骨架中，形成粒度在100～500nm的纳米金属/碳复合颗粒；所述纳米金属/碳复合材料以质量百分比计包括：无定形碳40％～70％，金属A30％～60％，金属A粒径大小在3～10nm之间。2.根据权利要求1所述的一种锂或钠离子电池负极材料，其特征在于：所述纳米金属/碳复合材料中，无定形镂空碳球的粒度在100～500nm之间且无定形镂空碳球的比表面积为300～1000m2/g；碳球中的空隙在10～50nm之间。3.根据权利要求1所述的一种锂或钠离子电池负极材料，其特征在于：所述金属A选自钴、镍、铁、锡、锑、铋、钼、铜、铟、银、镓、镉、铅、铊中至少一种。4.根据权利要求1所述的一种锂或钠离子电池负极材料，其特征在于：所述锂或钠离子电池负极材料在1C下循环500圈，平均比容量为550～650mAh/g，在3C～8C的倍率下进行充放电，比容量为380～460mAh/g。5.一种制备如权利要求1-4任意一项所述锂或钠离子电池负极材料的方法，其特征在于；包括下述步骤：步骤一按比例称取可溶金属A的化合物和可溶双性金属的化合物作为原料；将称取原料、第一碳源、溶剂混合；得到溶液A；所述溶剂选自醇、丙酮、乙醚中的至少一种；所述第一碳源选自葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖、核糖、麦芽糖、蔗糖、可溶纤维素、可溶淀粉、吡咯、苯胺、噻吩中的至少一种；步骤二将得到的液体A置于密闭容器中，于150～200℃进行反应，然后，以10～30℃/min的冷却速度，得到含有固相的混合液；步骤三分离含有固相的混合液中固相和液相，清洗所得固相并将清洗后的固相在保护气氛下进行干燥、煅烧，得到所述纳米复合材料前驱体，所述煅烧的温度为500～1000℃；步骤四将得到的纳米复合材料前驱体颗粒加入强碱溶液中，搅拌、过滤、洗涤，最后将得到的产物在保护气氛下烘干，得到所述锂或钠离子电池负极材料。6.根据权利要求5所述一种锂或钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述可溶金属A的化合物选自钴盐、镍盐、铁盐、锡盐、锑盐、铋盐、钼盐、铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：田忠良，赖延清，赵泽军，辛鑫，杨凯，宗传鑫，李劼，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43