[发明专利]一种负极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及负极材料技术领域，尤其涉及一种负极材料及其制备方法和锂离子电池。本发明公开了一种负极材料，包括：基材和包覆在所述基材表面的金属；基材为海藻酸钠、葡萄糖和柠檬酸中的一种或多种；负极材料为三维多孔结构；金属选自锡、铁或铝，更优选为锡。本发明负极材料三维多孔结构，有利于增加负极材料的比表面积，从而能够在基材的表面包裹更多的金属。基材作为碳源将金属包裹在基材内表面，能够阻止金属在充放电过程中的迁移，缓解电极材料体积膨胀。另外，负极材料中的金属的比容量高，从而使得该负极材料比容量高，循环稳定，而且还展现出了优异的倍率性能。

技术领域

本发明涉及负极材料技术领域，尤其涉及一种负极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

近年来，随着煤石油、天然气等不可再生能源的日渐枯竭，以及其燃烧带来的环境污等问题，使得能源和环境已经成为影响当今世界可持续发展的两大难题。为了解决这两难题，开发新型可再生绿色能源来代替传统化石燃料迫在眉睫。锂离子电池作为新一代储能装置，具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、环境污染小、无记忆效应等优点，是目前使用最广泛的储能装置之一。电极材料作为锂离子电池的核心部件，决定了锂离子电池的性能。碳负极材料的理论储锂比容量为372mAh·g^-1，相对较低，因而无法进一步达到功率高、容量大的离子电池的要求。虽然金属锡的理论储锂比容量高达994mAh·g^-1，但当其作为锂离子电池负极材料时充放电过程中因其循环寿命短，因而无法用于实际的生产中。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种负极材料及其制备方法和锂离子电池，该负极材料具有较高比容量，循环稳定，优异倍率性能，表现出优异电化学性能。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种负极材料，包括：基材和包覆在所述基材内表面的金属；

所述基材为海藻酸钠、葡萄糖和柠檬酸中的一种或多种；

所述负极材料为三维多孔结构；

所述金属选自锡、铁或铝，更优选为锡。

本发明中，负极材料中的金属单质粒径为20-50nm，优选为25nm。

优选地，所述负极材料的孔隙径为20nm～40mm，优选为20nm、25nm或40nm，比表面积为48m²/g～55m²/g，优选为40～48m²/g、更优选为48m²/g、45m²/g或40m²/g。优选地，所述金属在所述负极材料中的质量百分含量为50％～60％，优选为50％、52％、53％或55％。

本发明提供的负极材料为三维多孔结构，且孔径小，因而能够缩短电子传输路径，有利于增加负极材料的比表面积，从而能够在基材的表面包裹更多的金属。基材作为碳源将金属包裹在基材表面，能够阻止金属在充放电过程中的迁移，缓解电极材料体积膨胀。另外，负极材料中的金属的比容量高，从而使得该负极材料比容量高，且循环稳定。

本发明还提供了一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将金属溶液与碳源溶液混合，静置，得到沉淀物；

步骤2：将所述沉淀物进行冷冻干燥后研磨，得到固体粉末；

步骤3：将所述固体粉末进行烧结，得到负极材料；

所述金属溶液中的金属选自锡、铁、镁或铝，优选为锡；

所述碳源溶液中的碳源为海藻酸钠、葡萄糖和柠檬酸中的一种或多种，优选为海藻酸钠、葡萄糖或柠檬酸，更优选为海藻酸钠。