一种锂离子电池负极材料、其制备方法与用途.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115881941A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202211599685.7(22)申请日2022.12.12(71)申请人国家纳米科学中心地址100190北京市海淀区中关村北一条11号(72)发明人褚卫国宋璐婷(74)专利代理机构北京品源专利代理有限公司11332专利代理师王艳斋(51)Int.Cl.H01M4/52(2010.01)H01M4/587(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书2页说明书12页附图4页(54)发明名称一种锂离子电池负极材料、其制备方法与用途(57)摘要本发明提供了一种锂离子电池负极材料、其制备方法与用途，所述负极材料包括结晶型碳基底、在其上均匀分散的经氮掺杂的且为多孔结构的碳纳米管、包覆在碳纳米管内部并与碳纳米管构成豌豆荚式结构的Co/CoO纳米颗粒。本发明在结晶型碳基底上制备得到的碳纳米管孔隙率高、分散性好且结构稳定，同时实现高容量的Co/CoO纳米颗粒的包裹，有效抑制其膨胀，形成的豌豆荚式结构与结晶性碳基底一同构成复杂的三维结构，从而提高电子和离子传输，促进电解液的浸润，大大提升能量密度，而氮掺杂也进一步提高了负极材料的电化学性能，最终使得含有此负极材料的锂离子电池的倍率性能和循环稳定性均得到大幅度改善。CN115881941ACN115881941A权利要求书1/2页1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于，包括结晶型碳基底、在所述结晶型碳基底上均匀分散的经氮掺杂的碳纳米管，以及被包覆在所述碳纳米管内部的Co/CoO纳米颗粒；所述碳纳米管的表面具有多孔结构，且所述碳纳米管与所述Co/CoO纳米颗粒构成豌豆荚式结构。2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于，所述结晶型碳基底包括膨胀石墨、石墨粉或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合，优选为膨胀石墨；优选地，所述多孔结构包含微孔及介孔；优选地，所述多孔结构的孔直径为1～50nm；优选地，具有多孔结构的所述碳纳米管的比表面积为40～64m2/g；优选地，所述碳纳米管的内径为20～100nm，外径为55～500nm；优选地，所述锂离子电池负极材料的孔容为0.1～2cm3/g；优选地，所述经氮掺杂的碳管的含量占所述锂离子电池负极材料的总质量的10％～30％；优选地，所述Co/CoO纳米颗粒的粒径为10～30nm；优选地，所述Co/CoO纳米颗粒的含量占所述锂离子电池负极材料的总质量的5％～15％；优选地，所述氮掺杂的掺杂量占所述锂离子电池负极材料的总质量的1％～3％；优选地，所述锂离子电池负极材料的石墨化程度IG/ID为1.01～1.1。3.一种权利要求1或2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将钴源、聚乙烯吡咯烷酮溶解于水，得到混合溶液；(2)将步骤(1)所得混合溶液真空压入结晶型碳基底中，经干燥，得到粉末前驱体；(3)将步骤(2)所得粉末前驱体进行高温煅烧，再进行高温活化，得到锂离子电池负极材料。4.根据权利要求3所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述钴源与所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:(0.5～5)，优选为1:2；优选地，步骤(1)所述钴源包括乙酸钴和/或柠檬酸钴，优选为乙酸钴。5.根据权利要求3或4所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述真空压入的方法包括：将所述混合溶液与所述结晶型碳置于自封袋，将混合溶液真空压入所述结晶型碳基底，直至所述自封袋中无明显的液体存在，之后置于烘箱中干燥，得到所述粉末前驱体；优选地，步骤(2)所述混合溶液中的所述聚乙烯吡咯烷酮与所述结晶型碳基底的质量比为1:(1～4)，优选为1:2；优选地，步骤(2)所述干燥的温度为70～90℃，时间为12～48h，优选为24h。6.根据权利要求3‑5任意一项所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述高温煅烧的温度为600～1000℃，优选为1000℃，所述高温煅烧的时间为2～8h，优选为4h；优选地，步骤(3)所述高温煅烧的升温速率为1～10℃/min，优选为5℃/min；优选地，步骤(3)所述高温煅烧在保护气氛下进行；2CN115881941A权利要求书2/2页优选地，步骤(3)所述高温煅烧采用的设备包括管式炉；优选地，所述保护气氛包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气中的任意一种或至少两种的组合，优选为氩气；优选地，所述保护气氛的流量为30～300mL/min，优选为60mL/min。7.根据权利要求3‑6任意一项所述的锂离子电池负极材料的制备方法，所述高温活化的方法包括将所述锂离子电池负极材料置于活化气氛