电池负极材料及其制备方法、充电电池和电子设备技术

本公开是关于一种电池负极材料及其制备方法、充电电池和电子设备。其中，电池负极材料的制备方法包括：在纳米纤维结构的模板试剂中加入吡咯单体，得到纳米纤维结构的聚吡咯前驱体；加热所述聚吡咯前驱体得到氮掺杂碳材料；混合熔融态金属钠与所述氮掺杂碳材料，得到所述电池负极材料。通过本公开实施例中的方法，采用模板法形成具有纳米纤维结构，并混合有金属钠的氮掺杂碳材料作为电池负极材料。该电池负极材料有利于电池中钠离子的快速传输，具有较高的倍率性能。较高的倍率性能。较高的倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
电池负极材料及其制备方法、充电电池和电子设备


[0001]本公开涉及电池制造领域，尤其涉及一种电池负极材料及其制备方法、充电电池和电子设备。

技术介绍

[0002]碳元素是一种以多种形式广泛存在于大气、地壳以及生物体内。碳单质也能够以各种形式稳定存在，包括：金刚石、石墨、C60(足球烯或富勒烯)以及碳纳米管等等碳的同素异形体。碳材料被广泛应用于各种领域，例如电池制造领域，碳材料被广泛应用于电池负极材料。
[0003]钠元素也是地球上储量较为丰富的元素之一，钠离子电池的储能机理与锂离子电池类似，为浓差电池。钠离子电池相比于锂离子电池具有成本低、安全性高等优势，有望在未来取代成本较高的锂离子电池，作为各种电子设备的充电电池使用。
[0004]相关技术中，钠离子电池的电池负极材料，通常采用硬碳材料，而现有的硬碳材料容量较低、倍率性能差，使得钠离子电池难以得到广泛的应用。

技术实现思路

[0005]本公开提供一种电池负极材料及其制备方法、充电电池和电子设备。
[0006]根据本公开实施例的第一方面，提供一种电池负极材料的制备方法，包括：
[0007]在纳米纤维结构的模板试剂中加入吡咯单体，得到纳米纤维结构的聚吡咯前驱体；
[0008]加热所述聚吡咯前驱体得到氮掺杂碳材料；
[0009]混合熔融态金属钠与所述氮掺杂碳材料，得到所述电池负极材料。
[0010]在一些实施例中，所述在纳米纤维结构的模板试剂中加入吡咯单体，得到纳米纤维结构的聚吡咯前驱体，包括：<br/>[0011]在所述纳米纤维结构的模板试剂中，加入吡咯单体，得到纳米纤维结构的聚吡咯沉淀物；其中，所述模板试剂为CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)的纳米纤维试剂；
[0012]洗涤并烘干所述聚吡咯沉淀物，得到纳米纤维结构的所述聚吡咯前驱体。
[0013]在一些实施例中，所述洗涤并烘干所述聚吡咯沉淀物，包括：
[0014]用盐酸溶液和去离子水洗涤所述聚吡咯沉淀物；
[0015]烘干所述洗涤后的所述聚吡咯沉淀物。
[0016]在一些实施例中，所述在所述纳米纤维结构的模板试剂中，加入吡咯单体，得到纳米纤维结构的聚吡咯沉淀物，包括：
[0017]在温度为0至5摄氏度之间的所述纳米纤维结构的模板试剂中，加入吡咯单体；
[0018]在大于8小时后得到所述纳米纤维结构的聚吡咯沉淀物。
[0019]在一些实施例中，所述加热所述聚吡咯前驱体得到氮掺杂碳材料，包括：
[0020]在所述聚吡咯前驱体中加入氢氧化钾，并在隔绝氧气的环境下加热，得到具有孔
洞的氮掺杂碳材料。
[0021]在一些实施例中，所述在所述聚吡咯前驱体中加入氢氧化钾，并在隔绝氧气的环境下加热，得到具有孔洞的氮掺杂碳材料，包括：
[0022]在所述聚吡咯前驱体中加入氢氧化钾，得到还有杂质的氮掺杂碳材料；
[0023]洗涤并烘干所述含有杂质的氮掺杂碳材料，得到具有孔洞的所述氮掺杂碳材料。
[0024]在一些实施例中，所述洗涤并烘干所述含有杂质的氮掺杂碳材料，得到具有孔洞的所述氮掺杂碳材料，包括：
[0025]用盐酸溶液和去离子水洗涤所述含有杂质的氮掺杂碳材料；
[0026]烘干所述洗涤后的氮掺杂碳材料，得到所述具有孔洞的氮掺杂碳材料。
[0027]在一些实施例中，所述在所述聚吡咯前驱体中加入氢氧化钾，得到氮掺杂碳材料混合液的反应条件：包括：
[0028]在氮气环境下，以1至10摄氏度每分钟的速率升温至550摄氏度至800摄氏度；
[0029]在所述550摄氏度至800摄氏度的温度下反应0.2至1小时。
[0030]在一些实施例中，所述方法还包括：
[0031]将CTAB溶解于冰浴环境下的盐酸溶液；
[0032]在所述溶解有CTAB的盐酸溶液中加入过硫酸铵APS(过硫酸铵)，得到混合液；
[0033]搅拌并冷却所述混合液，得到所述模板试剂。
[0034]在一些实施例中，所述CTAB、盐酸和APS三者的摩尔比为：0.5至2比1至10比1至5。
[0035]在一些实施例中，所述CTAB的质量为7至8克；所述盐酸溶液的体积为110至130毫升，浓度为0.5至1.5摩尔每升；所述APS的重量为13至14克；加入所述模板试剂的所述吡咯单体的体积为8至9毫升。
[0036]在一些实施例中，所述搅拌并冷却所述混合液，得到所述模板试剂：包括：
[0037]采用磁力搅拌的方式搅拌所述混合液0.2至1小时，并冷却至0至5摄氏度，得到所述模板试剂。
[0038]根据本公开实施例的第二方面，提供一种电池负极材料，包括：纳米纤维结构的硬碳；
[0039]所述硬碳中含有氮元素掺杂。
[0040]在一些实施例中，所述硬碳的纤维上具有孔洞；
[0041]所述孔洞，用于容置导电离子。
[0042]在一些实施例中，所述碳材料的所述纳米纤维的缝隙中以及所述孔洞中混合有金属钠。
[0043]在一些实施例中，所述电池负极材料为钠离子电池的负极材料；
[0044]所述电池负极材料由上述任一所述的方法制备得到。
[0045]根据本公开实施例的第三方面，提供一种充电电池，包括电池正极、电池负极和隔膜；
[0046]所述充电电池的正极材料为钠和过渡金属的化合物；
[0047]所述充电电池的负极材料为上述任一所述的方法制备得到的电池负极材料。
[0048]本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本公开实施例中的方法，采用模板法形成具有纳米纤维结构，并混合有金属钠的氮掺杂碳材料作为电池负极材
料。该电池负极材料的纳米纤维结构有利于电池中钠离子的快速传输，具有较高的倍率性能。采用该电池负极材料制成的钠离子电池，具有较高的充放电性能。
[0049]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0050]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0051]图1是根据一示例性实施例示出的一种电池负极材料的制备方法的流程图一；
[0052]图2是根据一示例性实施例示出的一种电池负极材料的制备方法的流程图二；
[0053]图3是根据一示例性实施例示出的一种电池负极材料的制备方法的流程图三；
[0054]图4是根据一示例性实施例示出的碳材料的纳米纤维结构；
[0055]图5是根据一是理性实施例示出在纳米纤维结构上形成的孔洞的示意图；
[0056]图6是根据一示例性实施例示出的制备模板试剂的流程图；
[0057]图7是根据一示例性实施例示出的一种充电电池的结构示意图；
[0058]图8是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的实体结构框图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括：在纳米纤维结构的模板试剂中加入吡咯单体，得到纳米纤维结构的聚吡咯前驱体；加热所述聚吡咯前驱体得到氮掺杂碳材料；混合熔融态金属钠与所述氮掺杂碳材料，得到所述电池负极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在纳米纤维结构的模板试剂中加入吡咯单体，得到纳米纤维结构的聚吡咯前驱体，包括：在所述纳米纤维结构的模板试剂中，加入吡咯单体，得到纳米纤维结构的聚吡咯沉淀物；其中，所述模板试剂为十六烷基三甲基溴化铵CTAB的纳米纤维试剂；洗涤并烘干所述聚吡咯沉淀物，得到纳米纤维结构的所述聚吡咯前驱体。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述洗涤并烘干所述聚吡咯沉淀物，包括：用盐酸溶液和去离子水洗涤所述聚吡咯沉淀物；烘干所述洗涤后的所述聚吡咯沉淀物。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述纳米纤维结构的模板试剂中，加入吡咯单体，得到纳米纤维结构的聚吡咯沉淀物，包括：在温度为0至5摄氏度之间的所述纳米纤维结构的模板试剂中，加入吡咯单体；在大于8小时后得到所述纳米纤维结构的聚吡咯沉淀物。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热所述聚吡咯前驱体得到氮掺杂碳材料，包括：在所述聚吡咯前驱体中加入氢氧化钾，并在隔绝氧气的环境下加热，得到具有孔洞的氮掺杂碳材料。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述聚吡咯前驱体中加入氢氧化钾，并在隔绝氧气的环境下加热，得到具有孔洞的氮掺杂碳材料，包括：在所述聚吡咯前驱体中加入氢氧化钾，得到还有杂质的氮掺杂碳材料；洗涤并烘干所述含有杂质的氮掺杂碳材料，得到具有孔洞的所述氮掺杂碳材料。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述洗涤并烘干所述含有杂质的氮掺杂碳材料，得到具有孔洞的所述氮掺杂碳材料，包括：用盐酸溶液和去离子水洗涤所述含有杂质的氮掺杂碳材料；烘干所述洗涤后的氮掺杂碳材料，得到所述具有孔洞的氮掺杂碳材料。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述聚吡咯前驱体中加入氢氧化钾，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光胤，
申请(专利权)人：北京小米移动软件有限公司，
类型：发明
国别省市：