负极材料及其制备方法和电池与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及一种负极材料及其制备方法和电池。

背景技术：

1、近年来，随着双碳目标的提出，同时新能源电动车和清洁能源的大力发展，储能领域有着广阔的发展前景。目前锂离子电池在能源市场处于核心地位，然而由于锂资源的有限性，地域分布的不均性及高成本等因素，限制了其在更大规模储能领域中的应用。而钠与锂属于同一主族元素，不仅具有相似的理化性质和储能机制，而且钠资源具有地球丰度高，提取技术难度低和成本低廉等优点，因此钠离子电池在大规模储能领域具有非常广阔的应用前景。

2、负极材料作为可充电金属离子电池的关键部件之一，对钠离子电池的性能起着至关重要的作用。生物质基碳材料原料前驱体来源十分广泛丰富，具有天然资源丰富、环境友好、成本较低、易加工等特点。然而，尽管有这些优异的特性，现有的生物质衍生的碳材料作为钠离子电池的负极材料还存在一些问题，比如循环稳定性较差、克容量发挥较低等问题，这些影响了生物质基碳材料在钠离子电池中的大规模应用。

3、目前已公开的钠离子电池负极材料如生物质衍生的碳材料仍存在克容量发挥较低或首次充放电容量不理想、循环稳定性欠佳等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供一种负极材料及其制备方法和电池，可以改善应用该负极材料的电池的首次充放电容量，提升循环稳定性，且制备方法简单，产品一致性较高。

2、为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

3、根据本申请的第一方面，本申请实施例提供了一种负极材料，所述负极材料包括碳化钼纳米颗粒和骨架材料，所述骨架材料包括具有三维网络结构的生物质衍生碳材料，所述碳化钼纳米颗粒负载于所述具有三维网络结构的生物质衍生碳材料中。

4、另外，根据本申请的负极材料，还可以具有如下附加的技术特征：

5、在其中的一些实施方式中，所述碳化钼(钼碳化合物)包括moc和mo2c中的至少一种。

6、在其中的一些实施方式中，所述生物质衍生碳材料包括纤维素衍生碳纤维材料。

7、在其中的一些实施方式中，所述碳化钼纳米颗粒在所述负极材料中的质量分数为10％～30％。

8、在其中的一些实施方式中，所述碳化钼纳米颗粒的粒径范围为10nm～80nm。

9、根据本申请的第二方面，本申请实施例提供了一种负极材料的制备方法，其包括以下步骤：

10、将生物质衍生碳材料、导电碳材料和含钼化合物前驱体混合后进行焦耳热反应，得到中间产物；

11、将所述中间产物依次进行洗涤、分离和干燥，得到所述负极材料。

12、在其中的一些实施方式中，所述生物质衍生碳材料包括纤维素衍生碳纤维材料，所述纤维素衍生碳纤维材料的制备包括：在惰性气体的气氛下，将原料纤维素进行煅烧，得到纤维素衍生碳纤维材料。

13、在其中的一些实施方式中，所述惰性气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。

14、在其中的一些实施方式中，所述煅烧过程中，煅烧温度为500℃～700℃，升温速率为1～3℃/min，煅烧时间为2h～4h。

15、在其中的一些实施方式中，所述制备方法满足如下特征中的至少一者：所述生物质衍生碳材料、导电碳材料和含钼化合物前驱体的质量比为1～3：0.5～2：1～3；所述导电碳材料包括导电炭黑、碳纤维、碳纳米管或石墨烯中的至少一种；所述含钼化合物前驱体包括moo3、mocl3、mocl5、moo2cl2、mo(oh)3或mo(oh)4中的至少一种。

16、在其中的一些实施方式中，所述焦耳热反应是在焦耳热烧结合成装置中进行，所述焦耳热烧结合成装置中设有石英管，所述生物质衍生碳材料、导电碳材料和含钼化合物前驱体置于所述石英管中。

17、在其中的一些实施方式中，所述焦耳热烧结合成装置中的加热气氛为氢气和氩气组成的混合气，所述氢气在所述混合气中的质量分数为3％～8％。

18、在其中的一些实施方式中，在所述石英管中的物料两端加装电极，对所述物料施加电压的电压加载范围为20～60v，电流范围为20～30a，放电时间为50～80ms。

19、在其中的一些实施方式中，所述洗涤是在搅拌的条件下进行洗涤，搅拌的速率为200～500r/min，搅拌的时间为3h～6h。

20、在其中的一些实施方式中，所述洗涤的固液比为1：1～1：5mg/ml。

21、在其中的一些实施方式中，所述干燥的温度为60℃～80℃，干燥的时间为6h～12h。

22、根据本申请的第三方面，本申请实施例提供了一种电池，该电池包括正极极片和负极极片，所述负极极片包括前述的负极材料或根据前述方法制得的负极材料。

23、实施本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

24、在本申请实施例中，所提供的负极材料包括碳化钼纳米颗粒和骨架材料，骨架材料包括具有三维网络结构的生物质衍生碳材料，碳化钼纳米颗粒负载于具有三维网络结构的生物质衍生碳材料中。由此，利用具有三维网络结构的生物质衍生碳材料的丰富的孔隙结构、较小的比表面积和良好的导电性，可以使负极材料表现出优越循环稳定性；同时，生物质是一种可再生资源，具有环境友好、成本低、易加工等优点；并且，该生物质衍生碳材料可提供一个连续的导电框架，同时稳固的结构可在充放电过程中缓解体积变化产生的应力，可以使均匀分散在生物质衍生碳材料的碳化钼纳米颗粒的可用活性位点增多，使负极材料具有更优异的电化学性能。而且，该负极材料中的碳化钼纳米颗粒具有较高的导电性、导热性、化学稳定性、开路电位低的特点，能够发挥出高容量的特点，有助于提升材料的导电性、循环稳定性，进而提升负极材料的整体电化学性能。

25、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括碳化钼纳米颗粒和骨架材料，所述骨架材料包括具有三维网络结构的生物质衍生碳材料，所述碳化钼纳米颗粒负载于所述具有三维网络结构的生物质衍生碳材料中。

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述碳化钼包括moc和mo2c中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述碳化钼纳米颗粒在所述负极材料中的质量分数为10％～30％；

4.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述生物质衍生碳材料包括纤维素衍生碳纤维材料，所述纤维素衍生碳纤维材料的制备包括：

6.根据权利要求4所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足如下特征中的至少一者：

7.根据权利要求4所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述焦耳热反应是在焦耳热烧结合成装置中进行，所述焦耳热烧结合成装置中设有石英管，所述生物质衍生碳材料、导电碳材料和含钼化合物前驱体置于所述石英管中；

8.根据权利要求4至7任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述洗涤是在搅拌的条件下进行洗涤，搅拌的速率为200～500r/min，搅拌的时间为3h～6h；

9.根据权利要求4至7任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为60℃～80℃，干燥的时间为6h～12h。

10.一种电池，包括正极极片和负极极片，其特征在于，所述负极极片包括权利要求1至3任一项所述的负极材料或根据权利要求4至9任一项所述方法制得的负极材料。

技术总结
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种负极材料及其制备方法和电池。所提供的负极材料，包括碳化钼纳米颗粒和骨架材料，所述骨架材料包括具有三维网络结构的生物质衍生碳材料，所述碳化钼纳米颗粒负载于所述具有三维网络结构的生物质衍生碳材料中。所提供的负极材料的制备方法，包括以下步骤：将生物质衍生碳材料、导电碳材料和含钼化合物前驱体混合后进行焦耳热反应，得到中间产物；将所述中间产物依次进行洗涤、分离和干燥，得到所述负极材料。一种电池，包括所述的负极材料。本发明可以改善包含所述负极材料的电池的首次充放电容量，提升循环稳定性，且制备方法简单，产品一致性较高。

技术研发人员：何佳波,邵善德,马奔,蒋绮雯,江柯成
受保护的技术使用者：江苏正力新能电池技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/5