一种负极材料及其制备方法和负极片技术

本发明专利技术提供了一种负极材料及其制备方法和负极片，该负极材料，包括碳基基体、掺杂元素源和膨化剂，所述掺杂元素源包括硝酸盐。膨化剂中氮元素的分解，产生的气体不断造孔使得碳基基体呈现疏松多孔的海绵状，独特的蜂窝状结构不仅具有很大的比表面积，有利于电解液的浸润，硝酸盐的搭配使用又提高了该蜂窝状结构的强度和稳定性，而且可以缓解负极材料在循环过程中的体积膨胀，提高材料的循环稳定性，改善循环跳水的缺陷，极大改善了循环衰减，解决球形负极材料在循环过程中的颗粒破碎、与极片分离等问题。离等问题。离等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种负极材料及其制备方法和负极片


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种负极材料及其制备方法和负极片。

技术介绍

[0002]在各种适用的储能技术中，碱金属离子电池作为便携式和大规模电力存储的通用电化学储能方式，成为近年来的研究热点。碱金属离子电池主要包括锂离子电池(LIB)、钠离子电池(SIB)和钾离子电池(PIB)等，由于处于同一主族，以上碱金属离子电池的工作原理类似，都是在充放电过程中凭借离子的迁移实现的“摇椅式”机制，又由于钠元素在地壳中的储量远高于锂元素，在成本方面具有LIB难以比拟的优势，所以钠离子电池在未来会有很好的应用前景。
[0003]例如，中国专利文献CN112838197A公开了一种负极材料，其包括掺杂碳材料，该掺杂碳材料中部分掺杂元素与碳基基体形成了C
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Ma
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Mb化学键合，有效提高了负极材料的快充性能，以在一定程度上解决了现有负极材料快充慢放性能较差的问题。但仍与实际应用相差较远，无法满足高功能输出的使用需求，在快充快放情况下容量损失较大，仍出现大幅度的循环衰减。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的在于克服现有技术中的负极材料在快充快放情况下容量损失大，循环衰减较为严重的问题，提供了一种负极材料及其制备方法和负极片。
[0005]为此，本专利技术提供了一种负极材料，包括碳基基体、掺杂元素源和膨化剂，所述掺杂元素源包括硝酸盐。
[0006]进一步地，所述碳基基体、膨化剂与硝酸盐的质量比为20
‑
40:1
‑
10:20
‑
30。
[0007]作为更加优选的实施方式，所述碳基基体、膨化剂与硝酸盐的质量比为20
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40:5
‑
10:20
‑
30。
[0008]作为更加优选的实施方式，所述碳基基体与膨化剂的质量比大于6:1小于等于2:1。
[0009]进一步地，所述膨化剂选自水合肼、双氧水和氨水中的至少一种。
[0010]膨化剂可采用水合肼溶液，例如目前常规的体积浓度为30
‑
50％的水合肼水溶液。
[0011]进一步地，所述碳基基体选自肌氨酸、胱氨酸、丝氨酸和二氰二胺中的至少一种。
[0012]进一步地，所述硝酸盐选自九水合硝酸铝、六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和三水合硝酸铜中的至少一种。
[0013]进一步地，所述负极材料还满足如下(1)
‑
(4)中的至少一项：
[0014](1)所述掺杂元素源还包括磷源，优选地，所述磷源选自植酸、磷酸三甲酯和磷酸三丁酯中的至少一种；优选地，所述碳基基体与磷源的质量比为20
‑
40:20
‑
40；
[0015](2)所述掺杂元素源还包括硫源，优选地，所述硫源选自硫脲、硫代硫酰胺和硫基乙酸中的至少一种；优选地，所述碳基基体与硫源的质量比为20
‑
40:3.5
‑
8；
[0016](3)所述掺杂元素源还包括锡源，优选地，所述锡源选自草酸亚锡、硝酸锡、甲烷磺酸锡和乙烷磺酸锡中的至少一种；优选地，所述碳基基体与锡源的质量比为20
‑
40:2
‑
14；
[0017](4)所述掺杂元素源还包括镧系氧化物，优选地，所述镧系氧化物选自氧化镧、氧化铈和氧化钐中的至少一种；优选地，所述碳基基体材料与镧系氧化物的质量比为20
‑
40:2
‑
5。
[0018]进一步地，所述负极材料还包括分散剂，优选地，所述分散剂可以是聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙烯醇和聚醚中的至少一种；优选地，所述碳基基体与分散剂的质量比为20
‑
40:2
‑
4。
[0019]例如分散剂可采用聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙烯醇、聚醚P123和聚醚F127中的至少一种。
[0020]进一步地，所述碳基基体与锡源的质量比大于15:1小于等于1.5:1。
[0021]本专利技术还提供了一种上述任一所述的负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0022]将碳基基体、掺杂元素源和膨化剂分散于溶剂中，干燥，烧结，制得负极材料。
[0023]进一步地，还包括在溶剂中加入分散剂的步骤；进一步地，可以先将碳基基体与分散剂混合再加入溶剂中分散。例如使用脱泡机混合，可采用转速为300～500r/min，混合时间为10～20分钟。
[0024]进一步地，物料在转速为200
‑
300rpm、温度为50
‑
60℃的条件下分散于溶剂中。
[0025]进一步地，干燥过程包括溶剂挥发步骤和样品自蔓延生长步骤，在干燥前期(例如干燥8
‑
15小时)溶剂挥发完全，呈凝胶状，在干燥后期(例如继续干燥5
‑
15小时，即从干燥8
‑
15小时到干燥13～30小时期间)，样品逐步自蔓延生长，直到外形多孔似海绵状。
[0026]进一步地，干燥温度为80
‑
100℃。
[0027]进一步地，在700
‑
850℃的惰性气氛下烧结，时间至少为15h。优选地，惰性气氛选自氮气、氩气等常见惰性气体。
[0028]进一步地，烧结之后待物料温度降至室温后从烧结容器中取出。
[0029]进一步地，所述溶剂为乙醇、水、甲苯、乙腈和N,N
‑
二甲基甲酰胺中的一种中的至少一种。
[0030]进一步地，碳基基体与溶剂的质量比为20
‑
40:90
‑
110。
[0031]本专利技术还提供了一种负极片，包括上述任一所述的负极材料或者任一所述的制备方法制得的负极材料。该负极片可采用常规方法制备，例如匀浆、涂布等。
[0032]本专利技术还提供了一种电池，包括所述的负极片，还包括电池外壳、正极片、隔离膜和电解液。其中该电池可以是锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、铝离子电池等。
[0033]本专利技术还提供了一种终端，包括所述的电池，还包括终端外壳，电路板，所述电路板与电池电连接。该终端可以是手机、平板、笔记本、智能手环等常见电子设备。
[0034]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0035]1.本专利技术提供的负极材料，包括碳基基体、掺杂元素源和膨化剂，所述掺杂元素源包括硝酸盐，通过碳基基体、膨化剂和作为氮源的硝酸盐配合使用，制得蜂窝状复合负极材料，极大提高了负极材料的导电性能和充放电容量，膨化剂中氮元素的分解，产生的气体不断造孔使得碳基基体呈现疏松多孔的海绵状，独特的蜂窝状结构不仅具有很大的比表面积，有利于电解液的浸润，提高材料的倍率性能；硝酸盐搭配使用又提高了该蜂窝状结构的
强度和稳定性，而且可以缓解负极材料在循环过程中的体积膨胀，提高材料的循环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，包括碳基基体、掺杂元素源和膨化剂，所述掺杂元素源包括硝酸盐。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述碳基基体、膨化剂与硝酸盐的质量比为20
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40:1
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10:20
‑
30；和/或，所述膨化剂选自水合肼、双氧水和氨水中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述碳基基体选自肌氨酸、胱氨酸、丝氨酸和二氰二胺中的至少一种；和/或，所述硝酸盐选自九水合硝酸铝、六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和三水合硝酸铜中的至少一种。4.根据权利要求1
‑
3中任一所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还满足如下(1)
‑
(4)中的至少一项：(1)所述掺杂元素源还包括磷源，优选地，所述磷源选自植酸、磷酸三甲酯和磷酸三丁脂中的至少一种；优选地，所述碳基基体与磷源的质量比为20
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40:20
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40；(2)所述掺杂元素源还包括硫源，优选地，所述硫源选自硫脲、硫代硫酰胺或硫基乙酸中的至少一种；优选地，所述碳基基体与硫源的质量比为20
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40:3.5
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8；(3)所述掺杂元素源还包括锡源，优选地，所述锡源选自草酸亚锡、硝酸锡、甲烷磺酸锡和乙烷磺酸锡中的至少一种；优选地，所述碳基基体与锡源的质量比为20
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40:2
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14；(4)所述掺杂元素源还包括镧系氧化物，优选地，所述镧系氧化物选自氧化镧、氧化铈和氧化钐中的至少一种；优选地，所述碳基基体与镧系氧化物的质量比为20
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【专利技术属性】
技术研发人员：章亚飞，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：