[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法，以改性纳米BN和改性纳米碳复合得到的材料为生长载体，通过在氮掺杂碳基体中均匀生成纳米花状ZnS，纳米花状ZnS不仅可以提供丰富的比表面积和较高的比电容，而且有利于改善循环稳定性，不会发生膨胀现象；材料的制备包括BN浆料的制备、改性纳米碳浆液的制备、复合材料基体粉末的制备及锂离子电池负极材料的制备四个步骤，制备工艺简单，制备得到的材料具有较高的比容量，且较优的循环性能，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电池材料制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着工业的快速发展，对能源的需求量越来越高，但是传统的化石能源过度使用，导致环境污染已经严重破坏了生态环境和人类生存，开发绿色环保的新型能源装置迫在眉睫，其中锂离子电池具有能量密度大、自放电小、充电效率高等优点，已经广泛应用在电动汽车、便携式电子产品中，而研究出比容量更高，循环性能更好的锂离子电池具有重要的现实意义，而锂离子充电池中的负极材料对电池的影响很大。

过渡金属硫化物负极(如：CoS、Co₉S₈、ZnS等)具有很高的实际比电容，并且廉价易得，是一种极具发展潜力的锂离子电池负极材料，其中ZnS负极材料备受关注，但是ZnS负极材料在使用过程中容易发生体积膨胀现象、从而降低了循环稳定性和倍率性能，从而束缚了ZnS负极材料在电池领域里的发展。针对上述不足，专利文献CN109301235A公开了一种ZnS@SiO₂/C高性能负极制备及其储锂/钠应用，所使用的壳层结构为SiO₂/C，改善了ZnS负极材料的体积膨胀、提高循环性能和电化学动力学特性。本发明在现有研究的基础上，提出了一种具有完全不同的核壳结构的锂离子电池负极材料。

发明内容

针对现有技术的不足，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，以改性纳米BN和改性纳米碳复合得到的材料为生长载体，使ZnS负极材料具有良好的实际比容量和优异的电化学循环稳定性，同时不会发生膨胀现象。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)BN浆料的制备：向乙醇溶剂中依次加入纳米BN、磷酸三乙酯、聚乙烯醇缩丁醛和丙三醇，超声分散1-2h后球磨混合12-15h，经真空除泡后即得所述BN浆料；

(2)改性纳米碳浆液的制备：将纳米碳粉加入到乙醇溶剂中，超声分散2-3h后加入表面活性剂，然后在80～110℃条件下搅拌回流3-6h，随后冷却至室温，即得所述改性纳米碳浆液；

(3)复合材料基体粉末的制备：将步骤(1)得到的BN浆料加入到步骤(2)得到的改性纳米碳浆液中，超声分散2-3h后在60～90℃条件下搅拌3-6h，随后冷却至室温，再依次进行离心、干燥、研磨制粉处理，然后经30MPa压力成型制得素坯，将所得素坯烧结并破碎，经研磨后即得所述复合材料基体粉末；

(4)锂离子电池负极材料的制备：向蒸馏水溶剂中依次加入柠檬酸、酒石酸及步骤(3)所得复合材料基体粉末，超声分散2-4h后加入硝酸锌，再次超声1-3h，随后滴加氨水调节溶液pH至8-8.5，再加入硫代硫酸铵，进行原位沉积反应，反应完成后依次经过滤、洗涤处理，即得所述锂离子电池负极材料。

进一步的，步骤(1)中纳米BN、磷酸三乙酯、聚乙烯醇缩丁醛、丙三醇、乙醇的质量比为100:12-16:62-68:12-16:420-500。

进一步的，步骤(2)中所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、仲烷烃磺酸钠、3-烯基磺酸钠或2-烯基磺酸钠中的一种或多种。

进一步的，步骤(2)中纳米碳粉、表面活性剂的质量比为100:12-16。