[发明专利]一种荔枝状钨酸钠/氮掺杂碳复合结构的锂电池负极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种荔枝状钨酸钠/氮掺杂碳复合结构的锂电池负极材料的制备方法，以CMC、可溶性钨酸盐和多巴胺为原材料进行水热，然后经煅烧制备得到，本发明荔枝状钨酸钠/氮掺杂碳复合结构的锂电池负极材料兼具优良的循环寿命、倍率性能和导电性。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种荔枝状钨酸钠/氮掺杂碳复合结构的锂电池负极材料的制备方法。

背景技术

近几十年来，具有高能量密度和长循环寿命的锂离子电池受到持续关注，高功率密度和高能量密度的锂离子电池将会得到大规模应用。而商用的石墨基锂离子电池的理论容量较低(372mAh/g)，所以应当发展具有更高储锂机理的材料。近年来，基于钨元素的锂电池负极材料正在引起人们越来越多的关注，这主要是因为钨基负极材料在理论容量、大倍率放电和充放电体积变化等方面具有显著的优势。专利CN110327913A在强酸和高温高压条件下，用石墨烯包覆了片状的氧化钨材料。专利CN105826539A采用溶剂热法或直接加热合成有氧空位的氧化钨和碳的复合材料，性能优异。专利CN107180951A通过水热法制备了三氧化钨/二氧化钨复合材料，希望结合三氧化钨的高容量和二氧化钨良好的导电性。专利CN106611847A制备了一种掺钛的纳米氧化钨负极材料，与纯氧化钨相比，掺钛的纳米氧化钨负极材料的放电比容量和循环稳定性均有所提高。然而，氧化钨的电子电导率较差，还需要开发出电子电导率更好的钨基电池材料。

据所知，荔枝状微球是由纳米级结晶性次级颗粒自组装而成的微米级球形多级结构，因此，荔枝状微球是由纳米晶体构成的组装体，纳米晶可以缩短锂离子在电极中的传输距离，从而增强电池材料的电化学性能。同时荔枝状微球容易分散，可以避免纳米晶的大量聚集和不均匀分布，防止电化学性能的快速衰减。此外，荔枝状自组装体可以为纳米晶体在充放电过程中的体积变化提供充裕的缓冲空间，减少纳米晶因体积变化而导致的电极结构破损，改善电极的电化学循环稳定性，所以我们试图研究一种具有荔枝状微观结构的钨基电池材料以弥补氧化物电子电导率差的缺陷。然而，荔枝状微球的合成的实验条件是较为严苛的，这极大地限制了工业化生产。例如，北京航空航天大学团队合成了荔枝状TiO₂@TiN微球，并将其应用于锂硫电池中，而这种荔枝状微球的合成需要在氨水精确调节pH的碱性环境下进行(DOI:10.1039/c9ra09534a)。此外，西南大学团队在水热环境下合成了荔枝状的FeS₂@FeSe₂微球，并将其应用于钠离子电池中，这种荔枝状微球的合成则需引入具有较大毒性和腐蚀性的水合肼作为还原剂，反应条件较为苛刻，且不利于绿色生产(DOI:10.1039/C7TA05931K)。浙江大学团队所得到的荔枝状Si@C微球，亦是在氨水提供的碱性条件下合成的，并且在合成后还需要采用盐酸和氢氟酸等强腐蚀性试剂进行清洗，合成和处理过程复杂(DOI:10.1007/s11581-019-03108-z)。

因此，为了实现无需引入强酸强碱的合成策略，在不使用腐蚀性试剂的情况下，合成出具有荔枝状微球结构的钨酸钠，并将其用于锂离子电池的电极材料中是荔枝状钨基电池材料的研究新趋势。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，例如，荔枝状钠盐微球结构的合成往往需要在强酸碱性环境下进行，提出了一种无需引入强酸强碱或有毒试剂的荔枝状钨酸钠/氮掺杂碳复合结构的锂电池负极材料的制备方法。

具体是通过以下技术方案来实现的：

一种荔枝状钨酸钠/氮掺杂碳复合结构的锂电池负极材料的制备方法，以CMC、可溶性钨酸盐和多巴胺为原材料进行水热，然后经煅烧制备得到。

进一步优选，一种荔枝状钨酸钠/氮掺杂碳复合结构的锂电池负极材料的制备方法，包括以下几个步骤：

(1)材料准备：取CMC溶于水中，然后加入可溶性钨酸盐进行溶解，制得含钨酸盐和CMC的分散液；取多巴胺溶于去离子水中，得多巴胺溶液；