[发明专利]一种锂/钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂/钠离子电池负极材料及其制备方法，负极材料以生物质碳材料为基体，基体上负载有以过渡金属硫化物为内核的碳包覆硫化物颗粒，制备方法为：（1）制备生物质碳材料：将清洗干净的有机生物质置于器皿中，在有氧气氛下预碳化，将预碳化样品在惰性气体气氛下碳化，在CO₂气氛下活化，得到生物质碳材料；（2）将过渡金属硫化物与碳源材料混合，并与所述生物质碳材料进行混合，得到混合溶液；（3）将混合溶液进行反应、干燥、煅烧，得到生物质碳负载碳包覆过渡金属硫化物负极材料。制备工艺流程简单，材料易得；本发明方法制备得到的电极材料应用于负极材料时，具有成本低、导电性好、循环寿命长、充放电容量和倍率性能好等优点。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，尤其涉及一种锂/钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

传统化石能源诸如煤、石油和天然气等日益减少，因此大力发展新型清洁环保能源可减少对传统能源石油、煤矿的依赖，从而减少燃烧化石燃料对环境的污染。为了实现绿水青山与经济发展共存的目标，发展新型清洁环保能源已经成为各国科研工作者竞相争夺的制高点。具备高综合性能的电化学储能及电化学转换系统，例如锂离子电池、钠离子电池、混合超级电容器、金属空气电池和光催化分解水等，成为解决全球能源问题的先进技术。因此，开发具有高能量密度、高功率密度、长寿命以及低成本的储能器件是未来新能源的主要发展方向。

锂/钠离子电池因其具有能量密度高、自放电流小、安全性高、可大电流充放电、循环次数多、寿命长等优点，越来越多地应用于手机、笔记本电脑、数码相机、电动汽车、航空航天、军事装备等多个领域。然而，锂/钠离子电池也存在一定的问题，尤其是负极材料的性能严重制约着锂/钠离子电池的性能。例如，锂/钠离子电池可逆容量和倍率性能差，锂/钠离子负极材料导电性较差以及在锂/钠离子脱嵌过程中缓冲材料体积急剧变化而无法保证其结构和电化学稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种长循环寿命和高倍率性能的锂/钠离子电池负极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种锂/钠离子电池负极材料，所述负极材料以碳材料为基体，作为基体的所述碳材料为生物质碳材料，是有机生物质经预碳化、碳化、活化处理后制备得到，占过渡金属硫化物质量的10%-30%；所述基体上负载有碳包覆硫化物颗粒，所述碳包覆硫化物颗粒是以过渡金属硫化物为内核，且以碳包覆材料为包覆外壳。

上述本发明的技术方案的基体选用生物质碳材料，生物质碳材料是非活性材料，起负载过渡金属硫化物和导电作用，贡献容量的活性材料为过渡金属硫化物，将生物质碳材料质量占比控制在10%-30%，过渡金属硫化物做主体材料，有利于提升负极材料的活性和导电效果。通过将生物质碳材料设置为基体，能够大大提高负极材料的比表面积，更好地平衡导电性、容量及成本控制。

而将碳包覆硫化物颗粒负载在碳材料基体上，这不仅能够防止硫化物活性材料的流失，而且通过设置基体材料能够更好实现物理化学固硫作用与电催化作用，而基体材料与包覆材料均设置为碳材料，还能进一步提升负极材料的导电性。

优选的，所述有机生物质包括板栗壳内毛、蒲棒绒毛、树皮中的至少一种。上述废弃生物质易获取，碳化后制得生物质碳具有较大的比表面积，以吸附多硫化物。

优选的，所述过渡金属硫化物包括硫化镍、硫化钴、硫化钒、硫化钼、硫化锰中的一种或几种任意比例混合。

优选的，所述碳包覆材料是碳源材料经煅烧裂解后包覆得到，包覆层厚度在20-100nm；所述碳源材料包括葡萄糖、蔗糖、导电聚合物中的至少一种。通过设置包覆材料并控制厚度，能够更好地平衡整体容量和硫化物的防止流失。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种如上所述锂/钠离子电池负极材料的制备方法，方法包括以下步骤：