一種負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極和鋰離子電池技術

本發明專利技術涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極和鋰離子電池。本發明專利技術公開了一種負極材料，包括：MnS顆粒和負載有MnS顆粒的碳納米棒基體；所述多孔碳納米棒基體為氮硫摻雜的碳納米棒基體；所述負極材料的比表面積為60m

A kind of negative electrode material and its preparation method, lithium ion battery negative electrode and lithium ion battery

The invention relates to the technical field of lithium ion batteries, in particular to a negative electrode material and a preparation method, a negative electrode of a lithium ion battery and a lithium ion battery. The invention discloses a negative electrode material, which comprises a MnS particle and a carbon nanorod matrix loaded with MnS particles; the porous carbon nanorod matrix is a carbon nanorod matrix doped with nitrogen and sulfur; and the specific surface area of the negative electrode material is 60m.

【技術實現步驟摘要】
一種負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極和鋰離子電池
本專利技術涉及鋰離子電池
，尤其涉及一種負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極和鋰離子電池。
技術介紹
目前，鋰離子電池在便攜式設備、電動汽車和大型儲能設備中得到了廣泛的應用。在商業化鋰離子電池體系中，主要以石墨作為鋰離子電池負極材料，然而石墨類負極材料的理論比容量低，只有372mAhg-1，且倍率性能差，因此開發新型高性能負極材料成為了焦點。近年來，過渡金屬硫化物(TMS)已經引起了人們的廣泛關注，因為它們作為鋰離子電池的負極材料，相對于對應氧化物具有高的容量、良好的導電性及熱穩定性。硫化錳(MnS)作為鋰離子電池負極材料時具有高達616mAhg-1的理論比容量，并且含量豐富對環境友好。然而，MnS較差的電子遷移率、較低的鋰離子擴散動力學以及嵌鋰/脫鋰的時候較大的體積效應導致其倍率性能差、壽命短。
技術實現思路
本專利技術提供了一種負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極和鋰離子電池，解決了現有的鋰離子電池負極材料倍率性能差，壽命短的技術問題。其具體技術方案如下:本專利技術公開了一種負極材料，包括：MnS顆粒和負載有MnS顆粒的碳納米棒基體；所述多孔碳納米棒基體為氮硫摻雜的碳納米棒基體；所述負極材料的比表面積為60m2g-1～170m2g-1，更優選為109.5m2g-1～170m2g-1，進一步優選為109.5m2g-1。本專利技術實施例中，負極材料包括：MnS顆粒和包裹有MnS顆粒的碳納米基體。優選地，所述氮硫摻雜的碳納米棒基體中，所述氮硫中氮的摻雜量為1％～6％，更優選為4％～6％，進一步優選為4％，硫的摻雜量為1％～6％，更優選為5％～6％，進一步優選為5％。優選地，所述MnS顆粒的粒徑為20nm～100nm，更優選為40nm～100nm，進一步優選為40nm。所述碳納米棒基體的直徑為150nm～300nm，更優選為200nm～300nm，進一優選為200nm；所述碳納米棒基體的長度為1μm～30μm，更優選為12μm～30μm，進一步優選為12μm；所述碳納米棒基體的孔徑為3nm～15nm，更優選為8nm～15nm，進一步優選為8nm。本專利技術還提供了上述負極材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1：將錳源和氮源溶解后進行反應，得到錳前驅體納米線；步驟2：將所述錳納米線前驅體和多巴胺緩沖液中，得到多巴胺包裹的錳納米線中間體；步驟3：將所述多巴胺包裹的錳納米線中間體與硫源混合后進行燒結，得到所述負極材料。需要說明的是，步驟1得到的錳前驅體納米線為直徑150nm的超長納米線，步驟2得到的多巴胺包裹的錳納米線中間體為直徑200nm的超長納米線。優選地，步驟1進行反應后，得到錳前驅體納米線之前，還包括：離心收集沉淀物。離心收集沉淀物之后，得到錳前驅體納米線之前，還包括：用乙醇清洗沉淀物兩次后烘干。乙醇清洗兩次的目的是：洗去水、異丙醇、以及多余的反應物，方便后續快速烘干。優選地，步驟2中多巴胺緩沖液包括：鹽酸多巴胺和三(羥甲基)氨基甲烷緩沖液。需要說明的是，鹽酸多巴胺的作用為：在步驟3進行燒結時變成碳基，同時保護碳基里面的錳在燒結時不團聚。優選地，所述錳源為碳酸錳、硝酸錳、氯化錳、次磷酸錳、磷酸錳、硫酸錳、氰化錳、二氧化錳、四氧化三錳、高氯酸錳、乙酸錳和乙酰丙酮錳中的一種或多種，更優選為乙酰丙酮錳、硫酸錳、次磷酸錳和磷酸錳、乙酸錳或碳酸錳；所述氮源為四丁基硫酸氫銨、次氮基三乙酸、乙腈、氨基葡萄糖和殼聚糖中的一種或多種，更優選為次氮基三乙酸、殼聚糖、乙腈或次氮基三乙酸。所述硫源為硫代乙酰胺、硫代硫酸錳、硫代硫酸銨、3-甲硫基苯胺和升化硫中的一種或多種，更優選為3-甲硫基苯胺、硫代硫酸銨、升化硫或硫代乙酰胺。優選地，所述錳源與所述氮源的摩爾比為1：6-6：1，更優選為2：3。優選地，所述錳納米線中間體與所述硫源的質量比為1：5-5：1，更優選為1：5-2：1。優選地，步驟1所述溶解的溶劑為去離子水和異丙醇；所述去離子水和異丙醇的體積比為1：100-100：1，更優選為1：7-7：1。優選地，步驟1所述反應的溫度為100℃-260℃，更優選為160℃-260℃；所述反應的時間為6h-48h，更優選為3h-12h。優選地，步驟3所述燒結的溫度為300℃-800℃，更優選為400℃-750℃；所述燒結的時間為1h-5h，更優選為2h-5h；所述燒結的氣氛為氮氣或惰性氣體，更優選為氬氣。本專利技術還提供了一種鋰離子電池負極，包括上述負極材料或上述制備方法制得的負極材料。本專利技術還提供了一種鋰離子電極，包括上述鋰離子電池負極。本專利技術提供了一種負極材料，該負極材料為氮硫共摻雜碳修飾硫化錳復合負極材料，其中，硫化錳顆粒較小且被氮硫共摻雜碳納米棒包裹著，具有優良的導電性和大的比表面積，使得本專利技術的負極材料具有高倍率性能和長壽命。本專利技術還提供了一種鋰離子電池負極和一種鋰離子電池，因其負極材料具備優良的導電性和大的比表面積，使得該鋰離子電池負極和鋰離子電池具有高倍率性能和長壽命。本專利技術的負極材料將MnS嵌入到多孔碳納米棒中形成雜化功能材料，多孔碳納米棒基體材料可以縮短電子和離子遷移路徑提高其遷移速率，同時抑制材料在嵌鋰/脫鋰時候的體積效應防止材料粉化損壞。另外，氮原子與碳原子原子半徑接近，使其更容易置換多孔碳納米棒基體材料原子晶格中的碳原子，從而形成氮摻雜多孔碳納米棒基體材料。氮原子比碳原子多1個核外電子，并且具有很高的電子親和力，從而使氮摻雜多孔碳納米棒基體材料中毗鄰氮雜原子的碳原子擁有高的正電荷密度，同時氮原子孤對電子和碳原子晶格大π鍵之間存在共軛作用，這使得氮摻雜多孔碳納米棒基體材料體現出優異的電化學性能。相比于氮，引進的硫原子半徑比碳原子大，但是電負性與碳原子相近，因此可以增大碳原子之間的層間距，從而提高了活性位點以及導電率。綜上所述，氮和硫共摻雜能協同促進電子和離子在碳基材料中的運輸與傳導，從而提高氮摻雜多孔碳納米棒基體材料的物理化學性能。本專利技術還提供了一種負極材料的制備方法，該制備方法操作簡單，使制備得到的負極材料具有優良的導電性和大的比表面積。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。圖1為本專利技術實施例提供的負極材料的X-射線衍射圖；圖2為本專利技術實施例提供的負極材料的透射電鏡圖；圖3為本專利技術實施例提供鋰離子半電池的倍率性能圖；圖4本專利技術實施例提供為鋰離半電池的循環曲線。具體實施方式本專利技術實施例提供了一種負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極和鋰離子電池，用于解決現有的鋰離子電池負極材料倍率性能差，壽命短的技術問題為使得本專利技術的專利技術目的、特征、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而非全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。實施例一準確稱取1.8g乙酰丙酮本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種負極材料，其特征在于，包括：MnS顆粒和負載有MnS顆粒的碳納米棒基體；所述多孔碳納米棒基體為氮硫摻雜的碳納米棒基體；所述負極材料的比表面積為60m2g?1～170m2g?1。

【技術特征摘要】
1.一種負極材料，其特征在于，包括：MnS顆粒和負載有MnS顆粒的碳納米棒基體；所述多孔碳納米棒基體為氮硫摻雜的碳納米棒基體；所述負極材料的比表面積為60m2g-1～170m2g-1。2.根據權利要求1所述的負極材料，其特征在于，所述氮硫摻雜的碳納米棒基體中，所述氮硫中氮的摻雜量為1％～6％，硫的摻雜量為1％～6％。3.根據權利要求1所述的負極材料，其特征在于，所述MnS顆粒的粒徑為20nm～100nm；所述碳納米棒基體的直徑為150nm～300nm；所述碳納米棒基體的長度為1μm～30μm；所述碳納米棒基體的孔徑為3nm～15nm。4.權利要求1所述的負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：將錳源和氮源溶解后進行反應，得到錳前驅體納米線；步驟2：將所述錳納米線前驅體加入多巴胺緩沖液中，得到多巴胺包裹的錳納米線中間體；步驟3：將所述多巴胺包裹的錳納米線中間體與硫源混合后進行燒結，得到所述負極材料。5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述錳源為碳酸錳、硝酸錳、氯化錳、次磷酸錳、磷酸錳、硫酸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蘇豪，耿洪波，李成超，張宇斐，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44