[发明专利]一种二次电池碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二次电池碳负极材料及其制备方法，将碳源在保护气氛下进行球磨2～40h，得到二次电池碳负极材料。本发明采用球磨法将碳源进行球磨，制得无序的表面具有很多缺陷的碳负极材料，该离子电池碳负极材料具有很大的比表面积以及呈现很多缺陷，具有很好的离子嵌入和扩散性能，可明显改善离子电池的循环稳定性，减缓容量的衰减；本发明碳负极材料用于制备锂离子电池、钠离子电池或钾离子电池中，首效和首周放电容量高，首周库伦效率在45.8～76.8％，首周放电容量达到540.7～1705.3mA h/g；所得电池循环性能好，在锂，钠，钾离子电池中循环过程中几乎没有容量衰减；倍率性能优异。

技术领域

本发明属于电池领域，特别涉及一种二次电池碳负极材料及其制备方法。

背景技术

目前，全球约80％的能源消耗依赖于石油、煤炭、天然气等不可再生资源，这不仅使不可再生资源的存储量大幅减少，还引发了严重的环境、气候和健康安全等问题。太阳能、风能等可再生资源虽无污染，但因其不稳定性，不能持续供应能量。于是，作为新一代高效储能系统的可充电离子电池成为解决这一问题的关键。

离子电池是目前发展较为成熟的可充电电池。它不仅具有比容量高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低等特点，而且污染小，符合环保要求，能广泛应用于电动汽车、航空航天、生物医学工程等领域。锂、钠以及钾作为同族金属元素，不仅各项物理化学性质接近，而且资源丰富、成本低廉、环境友好，这使得离子电池日益得到研究学者的关注，并作为理想储能电源。大量研究表明，储能电源性能的好坏关键在于储能密度和功率密度，而离子电池的储能密度较大程度上取决于正负极材料的比容量。

在众多非碳负极材料中，Si、P具有较高的理论比容量和优良的倍率性能，但是硅、磷的导电性差，在储能过程中，其体积膨胀较大，致使材料循环稳定性较差，从而很大程度上限制了硅基、磷基负极材料在离子电池中的应用。因此近几年研究最广泛的负极材料是以石墨为代表的各种碳质材料，该材料具有良好的可逆充放电性能，但存在理论比容量低(石墨仅372mAh/g)、高倍率充放电性能差等缺点，且碳质材料的电极电位与金属锂相近，易在碳电极表面析出金属锂枝晶而引起电池短路。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种二次电池碳负极材料及其制备方法，制得的碳负极材料表面具有缺陷，比表面积增大，用于离子电池中，循环性能好且倍率性能优异。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

将碳源在保护气氛下进行球磨2～40h，得到二次电池碳负极材料。

进一步地，碳源为碳纳米管、炭黑或氮掺杂石墨烯。

进一步地，氮掺杂石墨烯的制备步骤包括：将GO溶液与氰胺溶液混合，在搅拌下于60～80℃加热1～4小时，然后将水蒸发掉，得到深灰色的GO-氰胺粉末，将GO-氰胺粉末放入管式炉中，通入氮气后升温反应，制得氮掺杂石墨烯，其中GO和氰胺的质量比为(1～2)：(1～50)。

进一步地，升温反应是升温至800～1000℃反应0.5～5h。

进一步地，保护气氛为氩气和氮气中的一种或两种以任意比例的混合物。

进一步地，球磨的转速为300～600rpm。

利用如上所述制备方法制得的一种二次电池碳负极材料。

如上所述二次电池碳负极材料在制备锂离子电池、钠离子电池或钾离子电池中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：