负极材料及其制备方法、负极极片及电池技术

本发明专利技术公开了一种负极材料及其制备方法、负极极片及电池，该负极材料应用于电池的负极材料，该制备方法包括以下步骤：将锡粉与有机碱金属溶液搅拌混合以得到负极材料，负极材料为分级结构的碱金属与锡的合金材料；其中，锡粉的直径小于或等于100μm。有机碱金属溶液自锡粉的表面开始发生反应，生成的负极材料体积变大，导致锡粉颗粒开裂，有机碱金属溶液沿开裂的裂缝进入锡粉颗粒的内部继续进行反应。这样，最终生成的合金材料为分级结构的纳米颗粒，相较于微米颗粒而言，纳米颗粒的材料的机械性能更佳，不易破碎，有利于增加电池的使用寿命以及提升电池的循环稳定性。寿命以及提升电池的循环稳定性。寿命以及提升电池的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
负极材料及其制备方法、负极极片及电池


[0001]本专利技术涉及电极材料
，尤其涉及一种负极材料及其制备方法、负极极片及电池。

技术介绍

[0002]随着新能源的发展，锂离子电池、钠离子电池等离子电池作为新型的绿色能源应用越来越广泛，离子电池的负极材料采用锡的合金材料，以锡铁合金为例，相关技术中，制备锡铁合金时，通过将锡盐、铁粉以及小分子有机酸(比如，柠檬酸、水杨酸、苹果酸等)混合并在高温下反应进行制备。然而，这种用作负极的锡的合金制备方法所需的温度较高，对设备要求较高，而且小分子有机酸的成本较高，从而增加了制备负极的生产成本。

技术实现思路

[0003]本专利技术实施例公开了一种负极材料及其制备方法、负极极片及电池，该制备方法反应条件温和，原料成本低，有利于降低生产成本。
[0004]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术实施例公开了一种负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0005]将锡粉与有机碱金属溶液搅拌混合以得到所述负极材料，所述负极材料为分级结构的碱金属与锡的合金材料；
[0006]其中，所述锡粉的颗粒的直径小于或等于100μm。
[0007]由于该负极材料无需采用价格昂贵的小分子有机酸，能够大大降低负极材料的制备成本，即，降低了生产成本。此外，本申请采用微米级的锡粉与有机碱溶液反应制备得到了分级结构的负极材料，其一次颗粒的尺寸为纳米级尺寸，二次颗粒的尺寸为微米级尺寸，多个纳米级尺寸的一次颗粒团聚成微米级尺寸的二次颗粒，相较于采用纳米级锡粉制备形成纳米材料的负极材料而言，微米级的锡粉成本更低，进一步降低了生产成本。另外，本申请的制备方法无需高温条件，进一步降低了设备成本以及生产成本，还能够节约能源。
[0008]作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述制备方法具体包括以下步骤：
[0009]将所述锡粉与第一有机溶剂混合，以形成混合液；
[0010]将所述混合液与所述有机碱金属溶液搅拌混合，以得到所述负极材料。
[0011]通过将锡粉与第一有机溶剂混合，当将混合液与有机碱金属溶液时能够减缓有机碱金属与锡反应的剧烈程度，使得有机碱金属与锡的反应更加平稳，以提高反应的安全性。
[0012]作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述有机碱金属溶液缓慢滴加于所述锡粉中。通过将有机碱金属溶液缓慢滴加于锡粉中，能够控制有机碱金属与锡的反应速率，从而避免反应过快而存在爆炸风险的问题。
[0013]作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述有机碱金属溶液的浓度为0.1mol/L～2mol/L。示例性地，有机碱金属溶液的浓度为0.1mol/L、0.5mol/L、
0.8mol/L、1mol/L、1.5mol/L、2mol/L等。通过控制有机碱金属溶液的浓度为0.1mol/L～2mol/L，能够控制有机碱金属与锡进行平稳的反应。当有机碱金属溶液的浓度小于0.1mol/L时，有机碱金属溶液与锡发生反应的速率过慢甚至难以发生反应，当有机碱金属溶液的浓度大于2mol/L，有机碱金属溶液的粘度过大，反应难以进行。
[0014]作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述锡粉与所述有机碱金属溶液搅拌混合的时间为0.5h～48h。示例性地，锡粉与有机碱金属溶液搅拌混合的时间为0.5h、5h、10h、25h、40h、48h等。通过控制锡粉与有机碱金属溶液搅拌混合的时间，即，控制锡粉与有机碱金属溶液反应的时间，从而保证锡粉与有机碱金属溶液充分反应。当锡粉与有机碱金属溶液搅拌混合的时间小于0.5h时，锡粉与有机碱金属溶液难以反应完全，造成原料的浪费。当锡粉与有机碱金属溶液搅拌混合的时间大于48h时，反应时间过长，生产效率较低。
[0015]作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述有机碱金属溶液中的有机碱金属包括有机钠络合物、有机钾络合物、有机锂络合物中的至少一种；
[0016]所述有机碱金属溶液中的溶剂包括四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇三甲醚、正己烷中的至少一种。
[0017]可以理解的是，当有机碱金属溶液中的有机碱金属为有机钠络合物时，有机钠络合物与锡反应生成的负极材料为钠锡合金材料，当有机碱金属溶液中的有机碱金属为有机锂络合物时，有机锂络合物与锡反应生成的负极材料为锂锡合金材料，当有机碱金属溶液中的有机碱金属为有机钾络合物时，有机钾络合物与锡反应生成的负极材料为钾锡合金材料。通过选择合适的溶剂，能够充分溶解有机碱金属络合物。
[0018]作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述有机碱金属为有机钠络合物时，所述负极材料为钠锡合金材料，所述钠锡合金材料中的钠的摩尔量与锡的摩尔量之比小于或等于3.75。示例性地，钠锡合金材料中的钠的摩尔量与锡的摩尔量之比为1、2.25、3.75等。当有机碱金属为有机钠络合物时，有机钠络合物的摩尔量与锡的摩尔量之比即为反应生成的产物——钠锡合金中的钠的摩尔量与锡的摩尔量之比，这样，通过控制反应原料——有机钠络合物的摩尔量与锡的摩尔量之比，即可控制生成的钠锡合金中的钠和锡的摩尔量之比，从而能够精准控制反应产物，有利于匹配于不同性能的正极材料体系。需要说明的是，在钠锡合金中，一个锡最多与3.75个钠结合，因此，钠锡合金材料中的钠的摩尔量与锡的摩尔量之比小于或等于3.75。
[0019]作为一种可选的实施方式，在本专利技术第一方面的实施例中，所述有机钠络合物中的钠的摩尔量与所述锡粉中锡的摩尔量之比小于3.75。示例性地，锡粉中锡的摩尔量与有机钠络合物中的钠的摩尔量之比为1、2、3、3.75等，由于有机钠络合物中的钠的摩尔量与锡粉中锡的摩尔量之比小于3.75，那么，有机钠络合物溶液中的钠可以反应完全，反应产物中的有机溶剂组分单一，便于回收利用。
[0020]第二方面，本专利技术还公开了一种负极材料，所述负极材料根据上述第一方面所述的制备方法制备而成。由第一方面的制备方法制备而成的负极材料为分级结构的颗粒，其一次颗粒的尺寸为纳米级尺寸，二次颗粒的尺寸为微米级尺寸，多个纳米级尺寸的一次颗粒团聚成微米级尺寸的二次颗粒，相较于微米颗粒而言，较小的纳米级颗粒具有良好的动力性能，机械性能更佳，不易破碎，有利于增加电池的使用寿命以及提升电池的循环稳定
性。通过多个纳米级尺寸的颗粒相互连接形成微米级颗粒，较大的微米级颗粒较佳地保持了材料的振实密度，从而提高了电化学容量。同时，该分级结构的纳米颗粒存在孔结构，能够缓冲电池充放电过程中负极材料的体积变化，有利于提高电池的使用寿命。同时，该负极材料应用于离子电池时，具有该孔结构的分级结构的纳米颗粒有助于离子的快速传输，从而使得该离子电池具有快充性质。比如，当有机碱金属络合物为有机钠络合物时，其与锡反应生成具有分级结构的纳米钠锡合金，该钠锡合金应用于钠离子电池时，具有孔结构以及分级结构的纳米钠锡合金有助于钠离子的快速传输，从而使得该钠离子电池具有快充性质。
[0021]第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将锡粉与有机碱金属溶液搅拌混合以得到所述负极材料，所述负极材料为分级结构的碱金属与锡的合金材料；其中，所述锡粉的颗粒直径小于或等于100μm。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：将所述锡粉与第一有机溶剂混合，以形成混合液；将所述混合液与所述有机碱金属溶液搅拌混合，以得到所述负极材料。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机碱金属溶液缓慢滴加于所述锡粉中。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机碱金属溶液的浓度为0.1mol/L～2mol/L。5.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锡粉与所述有机碱金属溶液搅拌混合的时间为0.5h～48h。6.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘枭枭，易梓琦，唐阳，张芹，
申请(专利权)人：厦门海辰储能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：