【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰離子電池材料領域，尤其是涉及一種負極材料的制備和應用。
技術介紹
1、隨著能源需求的不斷增長和便攜式電子設備的廣泛應用，鋰離子電池因其高能量密度、長循環壽命和安全性等優勢，已成為主要的儲能裝置。然而，傳統的鋰離子電池負極材料（如石墨）在能量密度方面已接近其理論極限，難以滿足日益增長的能量需求。因此，尋找和開發新型負極材料成為當前鋰離子電池研究的重要方向。
2、硅基負極材料因其具有超高的理論比容量（約4200?mah/g），遠超石墨（372?mah/g），在提升鋰離子電池能量密度方面展現出巨大的潛力。然而，硅在充放電過程中會經歷顯著的體積膨脹和收縮，最高可達300%以上，導致電極材料的結構破壞、界面不穩定和循環壽命的快速衰減。這些問題嚴重限制了硅基負極材料在實際應用中的推廣。
3、為了克服硅的體積膨脹問題，目前廣泛采用硅碳復合材料的策略，即通過在多孔碳基體上沉積硅顆粒，形成硅碳復合負極材料。多孔碳作為基體材料，具有高比表面積、良好的導電性和較大的孔隙率，能夠在一定程度上緩沖硅的體積膨脹，并為鋰離子的嵌入和脫嵌提供有效的通道。然而，當前多孔碳在與硅結合過程中仍然存在一些不足之處，包括熱穩定性不足、導電性不夠、孔結構優化不足以及與硅顆粒的團聚等，這些不足限制了硅碳復合材料的性能提升。
技術實現思路
1、本專利技術提出一種摻雜特定過渡金屬氧化物的多孔碳的制備方法及應用，目的在于解決現有多孔碳基體所存在的缺陷，可實現結構更穩定、耐高溫且電化學性能更優異
2、本專利技術采用如下技術方案：
3、一種摻雜金屬氧化物的負極材料，包括含有金屬氧化物的多孔碳復合材料。
4、進一步的，上述摻雜金屬氧化物的負極材料為硅碳負極材料，具體的，硅碳負極材料包括上述含有金屬氧化物的多孔碳復合材料以及含硅顆粒。
5、進一步的，上述摻雜金屬氧化物的負極材料為核殼結構，具體的，包括上述硅碳負極材料以及硅碳負極材料表面的包覆層；優選的，所述包覆層的材質包括碳材料、金屬氧化物和金屬硫化物中的至少一種。
6、本專利技術公開了上述含有金屬氧化物的多孔碳復合材料的制備方法，包括以下步驟，將多孔碳原料、含金屬鹽的溶液混合，然后過濾、熱處理，得到含有金屬氧化物的多孔碳復合材料。具體的，將多孔碳原料、含金屬鹽的溶液混合，然后過濾，再將濾餅依次經過洗滌、干燥、熱處理，得到含有金屬氧化物的多孔碳復合材料。
7、本專利技術公開了硅碳負極材料的制備方法，包括以下步驟：
8、（1）將多孔碳原料、含金屬鹽的溶液混合，然后過濾、熱處理，得到含有金屬氧化物的多孔碳復合材料；
9、（2）將含有金屬氧化物的多孔碳復合材料與硅源氣體進行氣相沉積，得到硅碳負極材料。
10、本專利技術公開了核殼結構硅碳負極材料的制備方法，包括以下步驟：
11、（1）將多孔碳原料、含金屬鹽的溶液混合，然后過濾、熱處理，得到含有金屬氧化物的多孔碳復合材料；
12、（2）將含有金屬氧化物的多孔碳復合材料與硅源氣體進行氣相沉積，得到硅碳內核；
13、（3）在硅碳內核表面形成包覆層，得到核殼結構硅碳負極材料。
14、具體的，步驟（1）為：將多孔碳原料、含金屬鹽的溶液混合，然后過濾，再將濾餅依次經過洗滌、干燥、熱處理，得到含有金屬氧化物的多孔碳復合材料。
15、優選的，熱處理在惰性氣體下進行，溫度為400-800℃，時間為3-10h。
16、具體的，步驟（2）為：在惰性氣氛下，將含有金屬氧化物的多孔碳復合材料與硅源氣體進行氣相沉積，得到硅碳負極材料；優選的，氣相沉積的溫度為400℃-900℃，時間為1-15h；硅源氣體和惰性氣的氣體流量比為1:?(1-20)。
17、具體的，步驟（3）中，在硅碳內核的表面形成包覆層，包括：通過球磨法、機械攪拌法、機械融合法、原子層沉積法、氣相沉積法、磁控濺射法、液相反應法、溶膠凝膠法、溶劑熱法、真空熱沉積法、等離子濺射法或熔融法中的至少一種在所述內核的表面形成所述包覆層。優選的，向硅碳內核通入包覆層原料氣體，經反應后得到核殼結構硅碳負極材料；進一步優選的，反應的溫度為500℃-800℃，反應的時間為1h-12h；所述包覆層原料氣體包括甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、丙炔、丁炔、丙烯、乙烯的一種或幾種。
18、本專利技術中，金屬鹽包括過渡金屬鹽，優選的，過渡金屬鹽包括鉭鹽、鎢鹽、鉬鹽、鈮鹽中的一種或幾種；進一步優選的，過渡金屬鹽含有氧元素。作為示例，本專利技術優選的金屬鹽包括鉭酸銨(nh4[tao(c2o4)2])、偏鎢酸銨((nh4)6[h2w12o40]·xh2o）、鉬酸銨（（nh4)2moo4)、鈮酸銨(nh4[nbo(c2o4)2])中的任一種或幾種。
19、本專利技術中，硅源氣體包括甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷、四氯化硅中的一種或幾種。
20、本專利技術中，惰性氣體為氮氣、氦氣、氙氣、氡氣、?氖氣、氬氣中的一種或幾種。
21、本專利技術公開了一種負極片，包括上述摻雜金屬氧化物的負極材料。
22、本專利技術公開了一種鋰離子電池，包括上述負極片。
23、本專利技術公開了一種電化學裝置，包括上述鋰離子電池。
24、本專利技術公開了上述含有金屬氧化物的多孔碳復合材料、摻雜金屬氧化物的負極材料或者負極片在鋰離子電池中的應用。
25、本專利技術提供的一種負極材料，是具有摻雜金屬氧化物結構的硅碳負極材料。將多孔碳原料、含金屬鹽的溶液混合，然后過濾、熱處理，得到含有金屬氧化物的多孔碳復合材料。其中，氧化鉭，氧化鎢，氧化鉬，氧化鈮，這四種過渡金屬氧化物摻雜多孔碳，具有良好的熱穩定性和導電性，并且摻雜負極材料不會在全電池中與正極材料元素產生沖突。
26、另外鉭、鎢、鉬和鈮的氧化物摻雜多孔碳的整體導電性好，有助于加快電子在電極中的傳輸，提高硅顆粒在充放電過程中的反應速率；同時負極材料具有耐高溫特性，可以增強整體電極材料的熱穩定性，從而延長電池的循環壽命。特別是在鋰離子電池中的應用中，這些優勢對于開發高容量、長壽命的電極材料具有重要意義。
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1.一種摻雜金屬氧化物的負極材料，其特征在于，包括含有金屬氧化物的多孔碳復合材料。
2.根據權利要求1所述摻雜金屬氧化物的負極材料，其特征在于，所述摻雜金屬氧化物的負極材料為硅碳負極材料。
3.根據權利要求2所述摻雜金屬氧化物的負極材料，其特征在于，所述摻雜金屬氧化物的負極材料為核殼結構。
4.權利要求1所述摻雜金屬氧化物的負極材料用含有金屬氧化物的多孔碳復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟，將多孔碳原料、含金屬鹽的溶液混合，然后過濾、熱處理，得到含有金屬氧化物的多孔碳復合材料。
5.權利要求2所述摻雜金屬氧化物的負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.權利要求3所述摻雜金屬氧化物的負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.根據權利要求4、5或者6所述的制備方法，其特征在于，熱處理在惰性氣體下進行，溫度為400-800℃，時間為3-10h；金屬鹽包括過渡金屬鹽。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，過渡金屬鹽包括鉭鹽、鎢鹽、鉬鹽、鈮鹽中的一種或幾種。
...【技術特征摘要】
1.一種摻雜金屬氧化物的負極材料，其特征在于，包括含有金屬氧化物的多孔碳復合材料。
2.根據權利要求1所述摻雜金屬氧化物的負極材料，其特征在于，所述摻雜金屬氧化物的負極材料為硅碳負極材料。
3.根據權利要求2所述摻雜金屬氧化物的負極材料，其特征在于，所述摻雜金屬氧化物的負極材料為核殼結構。
4.權利要求1所述摻雜金屬氧化物的負極材料用含有金屬氧化物的多孔碳復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟，將多孔碳原料、含金屬鹽的溶液混合，然后過濾、熱處理，得到含有金屬氧化物的多孔碳復合材料。
5.權利要求2所述摻雜金屬氧化物的負極材料的制備方法，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：康偉，劉柏男，羅飛，楊偉，
申請(專利權)人：溧陽天目先導電池材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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