[发明专利]一种复合负极材料及其二次电池

说明书

本发明实施例提供了一种复合负极材料，所述复合负极材料包括三维氮掺杂碳骨架和锡基活性物质负载物，所述锡基活性物质负载物分布在所述三维氮掺杂碳骨架的表面。本发明实施例还提供了复合负极材料的制备方法、包含复合负极材料的锂离子二次电池负极极片以及包含锂离子二次电池负极活性材料的锂离子二次电池。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池领域，特别是涉及一种复合负极材料及二次电池。

背景技术

负极材料是锂离子电池的关键材料之一，常见的负极材料如石墨，但石墨的理论比容量较低(约372毫安时/克)，与电解液相容性差、倍率特性不好。

目前对碳负极的研究主要是采用各种手段对石墨碳材料进行改进，今后重点是如何更好的利用廉价原料例如天然石墨，并对其进行有效改进，从而开发出高能量密度和高功率密度的石墨碳材料。近期新开发了很多种二次电池负极材料，如硅基材料、锡基材料和金属合金负极(Si、Sn、Ge、Mg、Sb、Al、Zn等)，这些材料具有高容量的特征，但这些材料存在充放电过程中体积变化大，倍率性能差的问题。

因此，提升这些新型高容量的负极材料的电性能就显得更加迫切。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种具有高容量、低成本、长寿命和高倍率充放电特性的负极材料，该负极材料能够突破石墨负极的理论容量和倍率限制。

第一方面，本发明实施例提供了一种复合负极材料，所述复合负极材料包括三维氮掺杂碳骨架和锡基活性物质负载物，所述锡基活性物质负载物分布在所述三维氮掺杂碳骨架的表面。

结合第一方面，在第一方面的第一种可实现的方式中，所述三维氮掺杂碳骨架为多孔结构，所述多孔结构的孔径分布在2nm至100nm之间，所述多孔结构的孔径的厚度不小于30nm且不大于5μm。

结合第一方面，在第一方面的第二种可实现的方式中，述三维氮掺杂碳骨架是由纳米氮掺杂碳堆积而成的颗粒；其中，所述颗粒的粒径在1um至20um之间，其中，所述纳米氮掺杂碳的粒径在2nm至500nm之间。

结合第一方面或第一方面的第一种可实现的方式或第一方面的第二种可实现的方式，在第一方面的第三种可实现的方式中，所述复合负极材料还包括元素掺杂，所述元素掺杂包括N、P、B、S、O和F元素中的至少一种。

结合第一方面或第一方面的第一种可实现的方式或第一方面的第二种可实现的方式中或第一方面的第三种可实现的方式，在第一方面的第四种可实现的方式中，所述锡基活性物质负载物中的锡基活性物质包括单质锡、锡氧化物、锡锑合金、磷及其混合物中的一种或多种，其中，所述锡基活性物质的微观形态包括纳米线、纳米点阵、纳米棒和纳米颗粒中的一种或多种，其中，纳米颗粒的粒径为不小于30nm且不大于2μm；纳米线的直径小于200nm，长度小于5μm。

结合第一方面或第一方面的第一种可实现的方式或第一方面的第二种可实现的方式中或第一方面的第三种可实现的方式或第一方面的第四种可实现的方式，在第一方面的第五种可实现的方式中，锡元素在所述复合负极材料中的重量比为0.1％至50％。

第二方面，本发明实施例提供了一种用于制备第一方面任一项所述的复合负极材料的方法：

将表面活性剂溶解在酸中制得第一混合溶液；

将氧化剂加入到所述第一混合溶液，以获得悬浊液；

向所述悬浊液中加入吡咯单体制得第二混合溶液；

将所述第二混合溶液进行保温反应，以获得黑色沉淀物；

将所述黑色沉淀物洗涤至中性并进行干燥，将干燥后的黑色沉淀物放置在管式炉中，并向放置所述黑色沉淀物的管式炉中通入含掺杂元素的氢化物与惰性载气的混合气体，经过烧结后获得三维氮掺杂碳材料；