负极材料及其制备方法和应用与流程

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应用。

背景技术：

1、锂离子电池作为一种清洁、可循环利用的储能器件已广泛地应用到了生产和生活中。但是由于锂资源的匮乏、分布不均匀，造成锂价格的日益攀升，不能满足大规模储能对于低成本的需求。钠离子电池由于钠资源储量丰富、提取和加工成本低，成为了锂离子电池在大规模储能方面的有利竞争者。钠离子电池与锂离子电池都是通过离子的脱出/嵌入来实现充放电过程，但是na+的原子半径要大于li+，导致了钠离子电池在充放电过程中具有扩散缓慢、负极材料膨胀严重，从而影响材料的电化学性能。

2、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种负极材料，可有效减少体积膨胀效应，硬碳层表面丰富的官能团及缺陷结构有利于提升材料的动力学性能；该负极材料具有高容量、高首效的特点。

2、本发明的另一个目的在于提供一种负极材料的制备方法，该方法简单易行，得到的负极材料具有优异的电化学性能。

3、本发明的另一个目的在于提供一种负极片。

4、本发明的另一个目的在于提供一种电池。

5、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

6、一种负极材料，所述负极材料具有核壳结构，核层包括磷化钼，壳层包括硬碳材料。

7、在一种实施方式中，所壳层的厚度为15～85nm。

8、所述负极材料的制备方法，包括以下步骤：

9、将钼源、磷源、碳源和水的混合体系进行水热反应，再进行干燥处理，得到第一物料，对所述第一物料进行碳化处理，得到负极材料。

10、在一种实施方式中，所述钼源包括含钼元素的铵盐；

11、在一种实施方式中，所述磷源包括聚磷酸铵、磷酸铵、磷酸和次亚磷酸钠中的至少一种。

12、在一种实施方式中，所述碳源包括淀粉和树脂中的至少一种。

13、在一种实施方式中，所述钼源和磷源的质量比为(0.5～1.5)：(1.8～2.5)。

14、在一种实施方式中，所述碳源的质量占所述碳源、钼源和磷源的总量的76％～87％。

15、在一种实施方式中，所述混合体系的制备方法，具体包括：将钼源和磷源进行第一搅拌处理，得到第一体系；将所述第一体系与碳源进行第二搅拌，得到混合体系。

16、在一种实施方式中，所述混合体系的制备方法中，第一搅拌处理的时间为5～20min；所述第二搅拌处理的时间为20～40min。

17、在一种实施方式中，所述水热反应的温度为80～120℃。

18、在一种实施方式中，所述水热反应的时间为2～5h。

19、在一种实施方式中，所述负极材料的壳层的厚度为d；所述碳源的添加比例为x％，x＝m1/(m1+m2+m3)×100，m1为碳源的质量，m2为钼源的质量，m3为磷源的质量；所述水热反应的温度为t；所述壳层的厚度、所述碳源的添加比例和所述水热反应的温度满足关系式：d＝0.7401x2-115.37x+0.03t2-4.53t+4472.585；其中，80≤t≤120，76≤x≤87。

20、在一种实施方式中，所述干燥处理的温度为70～100℃,所述干燥处理的时间为1～5h。

21、在一种实施方式中，所述碳化处理的温度为1000～1200℃，所述碳化处理的时间为2～4h。

22、在一种实施方式中，所述碳化处理的升温速率为10～20℃/min。

23、在一种实施方式中，所述碳化处理在保护性气体条件下进行。

24、一种负极片，包括所述的负极材料，或者所述的负极材料的制备方法得到的负极材料。

25、一种电池，包括所述的负极片。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、(1)本发明的负极材料，通过磷化钼和硬碳壳层的配合，可以有效减少体积膨胀的效应，硬碳层表面丰富的官能团及缺陷结构有利于提升材料的动力学性能；该负极材料具有高容量、高首效的特点。

28、(2)本发明的负极材料通过将碳源、磷源和钼源的混合体系进行水热-碳化反应，得到负极材料，通过同时控制碳源的添加比例、水热反应温度，以获得适宜厚度的碳包覆层，使负极材料具有高容量，电化学性能优异。

29、(3)本发明的负极材料得到的电池具有优异的倍率性能、循环性能和安全性能。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料具有核壳结构，核层包括磷化钼，壳层包括硬碳材料。

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所壳层的厚度为15～85nm。

3.如权利要求1或2所述的负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的负极材料的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(5)中的至少一种：

5.根据权利要求3所述的负极材料的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(2)中的至少一种：

6.根据权利要求3所述的负极材料的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(2)中的至少一种：

7.根据权利要求3所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述负极材料的壳层的厚度为d；所述碳源的添加比例为x％，x＝m1/(m1+m2+m3)×100，m1为碳源的质量，m2为钼源的质量，m3为磷源的质量；所述水热反应的温度为t；

8.根据权利要求3所述的负极材料的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(4)中的至少一种：

9.一种负极片，特征在于，包括权利要求1或2所述的负极材料，或者权利要求3～8中任一项所述的负极材料的制备方法制备得到的负极材料。

10.一种电池，特征在于，包括权利要求9所述的负极片。

技术总结
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种负极材料及其制备方法和应用。本发明提供一种负极材料，所述负极材料具有核壳结构，核层包括磷化钼，壳层包括硬碳材料。本发明的负极材料，通过磷化钼和硬碳壳层的配合，可有效减少体积膨胀效应，硬碳层表面丰富的官能团及缺陷结构有利于提升材料的动力学性能；该负极材料具有优异的电化学性能。

技术研发人员：马晓晴,盛杰
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27