一种锂/钠离子电池电极用材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂/钠离子电池电极用材料及其制备方法。该材料为纳米片状结构，具有外层以及包覆于外层内的多孔结构；外层为碳层，碳层的表面具有凹凸结构；多孔结构为硫化物。本发明专利技术提供的锂/钠离子电池电极用材料，在材料表面分布有凹凸结构，有利于离子和电子的穿梭，充分接触电解液，提高导电性。本发明专利技术提供的锂/钠离子电池电极用材料，外层为碳层，碳层可以有效地缓解电极材料在充放电过程中体积膨胀的问题，稳定性更佳。此外，还具有优异的性能，可作为电极材料应用于锂离子电池及钠离子电池等领域，所制成的锂离子电池在1.0A·g

【技术实现步骤摘要】
一种锂/钠离子电池电极用材料及其制备方法
本专利技术属于锂/钠离子电池
，具体涉及一种锂/钠离子电池电极用材料及其制备方法。
技术介绍
目前商品化的锂离子电池主要采用石墨类碳材料作为负极活性物质，但碳材料比容量较低，理论比容量为372mAhg-1，同时石墨的嵌锂电位与锂沉积电位接近，低温充电或大倍率充放电易析锂导致安全性问题。因此，现有的石墨类负极材料已难以满足电子设备小型化和动力用锂离子电池大功率、高容量的发展要求，需要进一步研究开发具有高能量密度、高安全性能、长循环寿命性能的新型锂离子电池负极材料。此外，由于钠的储量在全世界范围内相比锂来说更为丰富，从更为长远的角度来看，为了满足人们对储能设备的使用需求，有必要在研究锂离子电池电极材料的基础上，考虑锂离子电池电极材料是否也能应用在钠离子电池中。过渡金属硫化物，是一种极具发展潜力的高比容量负极材料。然而，单一的硫化物作为负极材料时，在充放电过程中存在较大的体积膨胀变化，易产生电极开裂和活性物质颗粒的粉化，造成电极容量迅速衰减。同时，过渡金属硫化物的电子导电能力较差，不利于电极活性成分的容量和倍率性能的发挥。针对过渡金属硫化物材料的上述缺点，目前的改性方法主要有纳米化和复合化，但均不能从根本上解决问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种锂/钠离子电池电极用材料及其制备方法。本专利技术第一方面提供了一种锂/钠离子电池电极用材料，所述电极材料为纳米片状结构，所述纳米片状结构具有外层以及包覆于所述外层内的多孔结构；所述外层为碳层，所述多孔结构表面具有凹凸结构；所述多孔结构为硫化物。由于二维纳米片状结构具有开放式的二维离子传输特性而有利于离子传输，通常具有的高比表面积，为离子存储提供了大量的活性位点。另外，二维纳米片状结构可以轻松控制层间间距，因此可以缓解离子插入/脱出所引起的体积变化。根据本专利技术的一些实施方式，所述锂/钠离子电池电极用材料的厚度为60～120nm。根据本专利技术的一些实施方式，所述锂/钠离子电池电极用材料的最大宽度为10μm。根据本专利技术的一些实施方式，所述锂/钠离子电池电极用材料的最小宽度为2μm。根据本专利技术实施方式的锂/钠离子电池电极用材料，至少具有如下技术效果：本专利技术提供的锂/钠离子电池电极用材料，在内层多孔结构的表面分布有凹凸结构，即许多凹凸不平的小坑，有利于离子和电子的穿梭，充分接触电解液，提高导电性。本专利技术提供的锂/钠离子电池电极用材料，外层为碳层，碳层可以有效地缓解电极材料在充放电过程中体积膨胀的问题，稳定性更佳，且能避免内层硫化物与电解液的直接接触，从而提高电解液的利用率。本专利技术提供的锂/钠离子电池电极用材料，具有优异的性能，可作为电极材料应用于锂离子电池及钠离子电池等领域，所制成的锂离子电池在1.0A·g-1下循环450次后比容量仍然达到758mAhg-1，具有较好的倍率性能及高的比容量，且循环稳定性优异。本专利技术第二方面提供了一种制备上述的锂/钠离子电池电极用材料的方法，包括以下步骤：S1：将金属盐溶解在溶剂中进行水热反应，得到前驱体；S2：将碳源和步骤S1得到的前驱体加入碱性缓冲溶液中进行聚合反应，得到中间体；S3：将步骤S2得到的中间体与升华硫放置于玻璃管中，在保护气氛下煅烧，即得所述的锂/钠离子电池电极用材料。根据本专利技术实施方式的锂/钠离子电池电极用材料的制备方法，至少具有如下技术效果：本专利技术提供的制备方法，经过溶剂热反应、碳包覆及煅烧法获得产物，成本低廉，可用于大面积制备电极材料，适合工业化生产。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中，所述金属盐为硫酸盐、乙酸盐和氯化盐中的至少一种。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中，所述水热反应的温度为100～200℃，所述水热反应的时间为20～30h。步骤S1中：金属盐提供金属源，与溶剂反应合成前驱体，即金属化合物X(OH)(OCH3)，(X＝Mn，Co，Ni，Fe)，此系列前驱体的产率接近100％。相应的反应是典型的酯化反应，以溶剂为甲醇为例，方程式如下：X(CH3CO2)2+3CH3OH＝X(OH)(OCH3)+2CH3COCH3+H2O。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中，所述碳源为盐酸多巴胺。盐酸多巴胺是碳层的碳源，选用此种碳源可以在常温碱性环境下进行自聚合，操作方便，具有一定优势。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中，所述前驱体与所述碳源的质量比为1～10：1。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中，所述聚合反应的时间为6～48h。步骤S2中，是一个盐酸多巴胺在弱碱性水溶液下自聚合的过程，具体机理为“氧化-聚合”机理。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中，所述碱性缓冲溶液为0.01M三(羟甲基)氨基甲烷水溶液。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S3中，所述煅烧的温度为100～800℃，所述煅烧的时间为0.01～10h。步骤S3中：经过高温煅烧，同时实现硫化及碳化过程，具体的，X(OH)(OHC3)/PDA中间体中的X(OH)(OHC3)与升华硫经化学气相沉积原位硫化生成硫化物MS，PDA经过碳化形成碳层。附图说明图1是实施例1制备得到的锂/钠离子电池电极用材料在20000倍下的扫描电镜图。图2是实施例1制备得到的锂/钠离子电池电极用材料在40000倍下的扫描电镜图。图3是实施例2制备得到的锂/钠离子电池电极用材料在5000倍下的扫描电镜图。图4是实施例2制备得到的锂/钠离子电池电极用材料在10000倍下的扫描电镜图。图5是实施例1制备得到的锂/钠离子电池电极用材料在50000倍下的透射电镜图。图6是实施例1制备得到的锂/钠离子电池电极用材料在锂电池中的首圈放电比容量测试结果图。图7是实施例1制备得到的锂/钠离子电池电极用材料在锂电池中经过长循环后的比容量测试结果图。图8是实施例1制备得到的锂/钠离子电池电极用材料在钠离子电池中的首圈放电比容量测试结果图。图9是实施例1制备得到的锂/钠离子电池电极用材料在钠离子电池中经过长循环后的比容量测试结果图。图10是实施例2制备得到的锂/钠离子电池电极用材料在锂电池中的首圈放电比容量测试结果图。图11是实施例2制备得到的锂/钠离子电池电极用材料在锂电池中经过长循环后的比容量测试结果图。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例，并结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例1本例制备了一种锂/钠离子电池电极用材料，具体过程为：按0.2mol/L的浓度将四水乙酸锰均匀溶解在甲醇溶剂中，并转移到聚四氟乙烯内衬中，将内衬装入水热外釜固定密封，在160℃下水热反应24h，用乙醇离心洗涤三次，在65℃下真空干燥1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂/钠离子电池电极用材料，其特征在于，所述电极材料为纳米片状结构，所述纳米片状结构具有外层以及包覆于所述外层内的多孔结构；所述外层为碳层，所述多孔结构的表面具有凹凸结构；所述多孔结构为硫化物。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂/钠离子电池电极用材料，其特征在于，所述电极材料为纳米片状结构，所述纳米片状结构具有外层以及包覆于所述外层内的多孔结构；所述外层为碳层，所述多孔结构的表面具有凹凸结构；所述多孔结构为硫化物。


2.根据权利要求1所述的一种锂/钠离子电池电极用材料，其特征在于，所述锂/钠离子电池电极用材料的厚度为60～120nm。


3.根据权利要求1所述的一种锂/钠离子电池电极用材料，其特征在于，所述锂/钠离子电池电极用材料的最大宽度为10μm。


4.一种制备如权利要求1～3任一项所述的锂/钠离子电池电极用材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将金属盐溶解在溶剂中进行水热反应，得到前驱体；
S2：将碳源和步骤S1得到的前驱体加入碱性缓冲溶液中进行聚合反应，得到中间体；
S3：将步骤S2得到的中间体与升华硫放置于玻璃管中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芝婷，张梦辉，范浩森，郑文芝，杨伟，陈逊杰，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44