[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池负极材料及其制备方法。所述方法包括步骤：将硒源和锑源溶于溶剂后置于均相反应器中进行一次加热，反应制得Sb₂Se₃纳米棒；将Sb₂Se₃纳米棒分散于醇中，再加入硅酸四乙酯进行二次加热，反应制得Sb₂Se₃‑SiO₂；然后采用间苯二酚‑甲醛树脂包覆法Sb₂Se₃‑SiO₂进行包覆，通过在惰性气氛下进行煅烧，就可以在Sb₂Se₃‑SiO₂表面形成具有微孔结构的碳层，经过酸刻蚀SiO₂即制得锂离子电池负极材料。本发明所提供的锂离子电池负极材料不仅增强了材料的结构稳定性，控制了体积膨胀，而且还提高了材料的导电性，使得材料的循环稳定性和倍率性能得到改善。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着对世界能源危机和环境问题的日益关注，寻求先进储能技术成为全球发展的首要任务。目前，锂离子电池(LIBs)已经彻底改变并主导了便携式电子产品市场，作为一种可靠的能源存储设备，它正在成为最环保的选择之一。然而，从便携式电子设备向电动汽车和智能电网的过渡，仍然需要大幅度提高LIBs的电流能量和功率密度。因此，研究具有高理论容量的新型电极材料具有重要意义。在负极材料方面，目前正在积极研究的许多负极材料，包括碳、磷化物、氧化物和硫化物。特别地，与传统的含碳材料(例如石墨和硬碳)相比，在嵌锂和脱锂过程中发生合金化反应(例如Sn和Sb)的负极材料由于其本质上更高的质量比能量而受到很多关注。此外，硫属化物材料(例如SnS₂、SnS和Sb₂S₃)可以相继发生转换和合金化反应，有高比能量。作为硫属元素化物的常见成员，Sb硫属化合物已经被证明是具有良好的电化学性能的负极材料，例如，朱等人制备的花状Sb₂S₃在2A·g^-1时表现出553mAh·g^-1的高容量和优异的速率性能。

硒化锑(Sb₂Se₃)是一种广泛应用于电子、光学、磁性等领域的半导体材料。然而，它作为电池的电极很少被研究。热力学上，1摩尔的Sb₂Se₃可以容纳12摩尔的Li⁺或者电子，当转换和合金化反应都参与到嵌锂和脱锂过程时，理论容量为670mAh·g^-1。然而，硫系化合物作为电极的固有缺陷是在嵌锂/脱锂过程中体积变化剧烈，导致电极结构不稳定，容量和循环稳定性逐渐衰减。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法。旨在解决现有Sb₂Se₃在嵌锂/脱锂过程中体积变化较大，导致的电池容量低和循环稳定性差以及导电性差的问题。

一种锂离子电池负极材料，其中，所述负极材料具有蛋黄-壳结构，所述蛋黄的材料为Sb₂Se₃纳米棒，所述壳的材料为碳，所述蛋黄设置在所述壳内，所述蛋黄与所述壳在空间上分离。

进一步地，所述壳具有微孔结构。

进一步地，所述壳的厚度为10-20nm。

进一步地，所述蛋黄与所述壳在空间上的距离为5-10nm。

进一步地，所述Sb₂Se₃纳米棒的直径为100-200nm，长度为1-5μm。