【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鋰離子電池，具體涉及一種金屬氮化物和金屬氧化物共包覆的負極材料及其制備方法、負極和電池。
技術(shù)介紹
1、電動汽車作為綠色出行的代表，產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益增大，然而續(xù)航里程短、充電速度慢等問題制約著電動汽車產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。電動汽車的快充能力與鋰離子電池正負極材料的物理化學(xué)特性密切相關(guān)。石墨負極材料具有約360mah/g的儲鋰容量，然而在面臨快速充電工況時存在嚴重的極化現(xiàn)象，導(dǎo)致較低的儲鋰容量發(fā)揮。此外，大電流充電條件下，石墨電極表面容易形成鋰枝晶，導(dǎo)致電池短路，誘發(fā)電池起火、爆炸等安全問題。
2、鋰離子嵌入石墨電極的傳輸過程主要包含以下四個步驟：溶劑化鋰離子在電解液中傳輸、溶劑化鋰離子在電極表面脫溶劑化、鋰離子在石墨表面固態(tài)電解質(zhì)界面膜(sei膜)中進行傳輸、鋰離子在石墨體相中進行傳輸，其中，鋰離子脫溶劑化以及在sei膜中的傳輸被認為是限速步驟。基于此，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計可以提高石墨負極材料的快充能力，如設(shè)計擴層、多孔或納米尺寸的石墨負極材料，但是以上方法是以犧牲石墨負極材料的能量密度為代價的。
3、如何在大電流充電條件下保持較高的容量，并抑制鋰枝晶的形成，具有重要的研究意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的負極材料中大電流充電條件下容量下降、循環(huán)穩(wěn)定性差的問題，提供一種負極材料及其制備方法、負極和電池。本專利技術(shù)提供的負極材料表現(xiàn)出較小的極化，在大電流充電條件下表現(xiàn)出高比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
2、為了實現(xiàn)上述目的
3、本專利技術(shù)第二方面提供一種負極材料的制備方法，其中，所述制備方法包括：將鹽酸多巴胺和石墨在第一溶劑中進行第一反應(yīng)獲得表面包覆有聚多巴胺層的材料i，將所述材料i與金屬鹽在第二溶劑中進行第二反應(yīng)獲得表面包覆有金屬鹽和聚多巴胺層的材料ii，將所述材料ii在氨氣氣氛下進行第一步熱處理獲得表面包覆有金屬氮化物的材料iii，將所述材料iii在氧氣氣氛下進行第二步熱處理獲得表面包覆有包括金屬氮化物和金屬氧化物的混合物層的負極材料；
4、其中，所述第一步熱處理的溫度為500-1000℃，所述第二步熱處理的溫度為100-500℃，時間為0.1-1h，所述氨氣氣氛中氨氣的體積占比大于50％。
5、本專利技術(shù)第三方面提供一種鋰離子電池的負極，其中，所述負極包括本專利技術(shù)第一方面所述的負極材料或本專利技術(shù)第二方面所述的制備方法制得的負極材料。
6、本專利技術(shù)第四方面提供一種電池，其中，所述電池包括本專利技術(shù)第三方面所述的負極。
7、通過上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)制備了金屬氮化物和金屬氧化物共包覆的負極材料，通過金屬氮化物和金屬氧化物在鋰化過程中原位轉(zhuǎn)變?yōu)楹饘賳钨|(zhì)以及l(fā)i3n、li2o的富無機sei層，提高快充能力，抑制大電流充電條件下鋰枝晶的形成。
8、本專利技術(shù)制備的負極材料在大電流充放電條件下仍具有高容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，4c電流密度下的比容量在220mah/g以上，循環(huán)300圈后容量保持率在90％以上。
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1.一種負極材料，其特征在于，包括石墨和包覆層，所述包覆層包覆于石墨表面，所述包覆層包括金屬氮化物和金屬氧化物的混合物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極材料，其中，所述金屬氮化物包括Fe4N，所述金屬氧化物包括Fe2O3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負極材料，其中，所述包覆層的厚度為10-100nm。
4.一種負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：將鹽酸多巴胺和石墨在第一溶劑中進行第一反應(yīng)獲得表面包覆有聚多巴胺層的材料I，將所述材料I與金屬鹽在第二溶劑中進行第二反應(yīng)獲得表面包覆有金屬鹽和聚多巴胺層的材料II，將所述材料II在氨氣氣氛下進行第一步熱處理獲得表面包覆有金屬氮化物的材料III，將所述材料III在氧氣氣氛下進行第二步熱處理獲得表面包覆有包括金屬氮化物和金屬氧化物的混合物層的負極材料；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其中，所述金屬鹽包括草酸鐵、硫酸鐵、硝酸鐵和氯化鐵中的一種及以上；
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其中，所述第一反應(yīng)的pH值為8-9；
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任意
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任意一項所述的制備方法，其中，所述第二反應(yīng)的過程包括：將所述材料I、金屬鹽和第二溶劑進行混合后加熱至所述第二溶劑蒸干，從而形成所述表面包覆有金屬鹽和聚多巴胺層的材料II。
9.一種鋰離子電池的負極，其特征在于，所述負極包括權(quán)利要求1-3中任意一項所述的負極材料或權(quán)利要求4-8中任意一項所述的制備方法制得的負極材料。
10.一種電池，其特征在于，所述電池包括權(quán)利要求9所述的負極。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種負極材料，其特征在于，包括石墨和包覆層，所述包覆層包覆于石墨表面，所述包覆層包括金屬氮化物和金屬氧化物的混合物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極材料，其中，所述金屬氮化物包括fe4n，所述金屬氧化物包括fe2o3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負極材料，其中，所述包覆層的厚度為10-100nm。
4.一種負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：將鹽酸多巴胺和石墨在第一溶劑中進行第一反應(yīng)獲得表面包覆有聚多巴胺層的材料i，將所述材料i與金屬鹽在第二溶劑中進行第二反應(yīng)獲得表面包覆有金屬鹽和聚多巴胺層的材料ii，將所述材料ii在氨氣氣氛下進行第一步熱處理獲得表面包覆有金屬氮化物的材料iii，將所述材料iii在氧氣氣氛下進行第二步熱處理獲得表面包覆有包括金屬氮化物和金屬氧化物的混合物層的負極材料；
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李寧，董宇，何繼壯，劉興興，馬思遠，汪玲鳳，
申請(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)重慶創(chuàng)新中心，
類型：發(fā)明
國別省市：
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