[发明专利]一种用于锂离子电池负极的复合结构及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池相关技术领域，其公开了一种用于锂离子电池负极的复合结构及其制备方法，所述复合结构包括纳米粒子及碳纳米片，所述纳米粒子分散在所述碳纳米片上，其为核壳结构；所述碳纳米片是三维多孔氮掺杂碳纳米片；所述纳米粒子包括氧化锑壳及位于所述氧化锑壳内的锑核，所述锑核与所述氧化锑壳互为缓冲层。本发明的锑核和氧化锑壳层互为缓冲层，协同储锂缓解体积膨胀效应；三维多孔氮掺杂碳纳米片作为负载该纳米粒的基底和导电框架进一步保证了复合结构的稳定性和倍率性能，且氮掺杂提供了更多的储锂活性位点，并且增大了复合结构的导电性，为材料的长循环稳定性提供了保障。

技术领域

本发明属于锂离子电池相关技术领域，更具体地，涉及一种用于锂离子电池负极的复合结构及其制备方法。

背景技术

目前，随着社会的快速发展，人类对能源的需求日益扩大，与此同时，煤炭、石油、天然气等化石能源的逐渐消耗和环境污染问题的亟待解决，开发绿色无污染的能源已经是各国的关注重点。锂离子电池因其高的能量密度、小的自放电性、长的循环寿命和环境友好等优势在很多领域上得到了应用。

近些年，锂离子电池在电动汽车和插电混合动力式汽车上的使用进一步推动了新型高性能锂离子电池电极材料的研发工作。由于商业化负极材料石墨的理论比容量较低，倍率性能较差，难以满足动力电池的性能需求，因此开发新的高性能、高稳定性和安全性的锂离子电池负极迫在眉睫。

为了缓解锑基负极的体积膨胀效应，常规的做法是对其形貌进行调控，例如设计核壳结构等，但往往合成步骤比较繁杂，且充放电容量和循环性能仍有待提高。相应地，本领域存在着发展一种性能较好的用于锂离子电池负极的复合结构及其制备方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于锂离子电池负极的复合结构及其制备方法，其基于现有锂离子电池负极的工作特点，研究及设计了一种性能较好的用于锂离子电池负极的复合结构及其制备方法。所述复合结构为核壳结构，其纳米粒的锑核和氧化锑壳互为缓冲层，以协同储锂来缓解体积膨胀效应；三维多孔氮掺杂碳纳米片作为负载该纳米粒的基底和导电框架进一步保证了复合结构的稳定性和倍率性能，且氮掺杂提供了更多的储锂活性位点，并且增大了复合结构的导电性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于锂离子电池负极的复合结构，所述复合结构包括纳米粒子及碳纳米片，所述纳米粒子分散在所述碳纳米片上，其为核壳结构；所述碳纳米片是三维多孔氮掺杂碳纳米片；所述纳米粒子包括氧化锑壳及位于所述氧化锑壳内的锑核，所述锑核与所述氧化锑壳互为缓冲层。

进一步地，所述氧化锑壳的厚度为5nm～30nm；所述锑核的直径为10nm～50nm。

进一步地，所述碳纳米片的厚度为10nm～20nm。

按照本发明的另一个方面，提供了一种用于锂离子电池负极的复合结构的制备方法，所述制备方法用于制备如上所述的用于锂离子电池负极的复合结构。

进一步地，该方法包括以下步骤：首先，将锑盐、氮源前驱体、氯化钠模板进行溶解分散，并将得到的溶液进行搅拌、冷冻干燥以得到粉末产物；然后，将得到的粉末产物在预定氛围下煅烧、洗涤及烘干以得到用于锂离子电池负极的复合结构。

进一步地，取天然高分子碳源前驱体、氮源前驱体以及氯化钠进行溶解以配成浓度为0.01mol/L～0.03mol/L的天然高分子碳源前驱体、浓度为0.005mol/L～0.01mol/L的氮源前驱体及浓度为0.02g/mL～0.1g/mL的氯化钠的混合水溶液；接着，将浓度为0.01mol/L～0.1mol/L的锑盐的乙醇溶液滴加到该混合水溶液后在60℃～80℃下磁力搅拌10h～20h，待得到的溶液蒸发到原溶液的八分之一到四分之一时进行冷冻干燥处理，并将得到的产物进行高温碳化处理以得到最终的粉末产物。

进一步地，所述高温碳化处理的气氛为氮气或者氩氢混合气，时间为1h～3h，温度为500℃～700℃。