[发明专利]负极材料及其制备方法、电池

说明书

本发明公开了负极材料及其制备方法、电池。本发明提出了一种制备负极材料的方法，包括：提供锌基金属有机骨架化合物；对锌基金属有机骨架化合物在高压条件下进行煅烧处理，形成非晶态碳包覆的氧化锌，形成负极材料，其中，煅烧处理的压强为2‑6GPa。由此，该方法利用锌基金属有机骨架化合物作为前驱体，经过煅烧处理即可制备非晶态碳包覆的氧化锌，制备过程简单，制备周期较短，且成本较低；并且，采用高压条件下的煅烧处理，高压环境可以控制形成的非晶态碳包覆的氧化锌中的非晶态碳的包覆量，非晶态碳可以较好地抑制氧化锌颗粒在脱锂和嵌锂过程中的体积膨胀，提高该负极材料的稳定性和导电性，使用该负极材料的电池的循环性能和倍率性能较好。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体地，涉及负极材料及其制备方法、电池。

背景技术

目前，锂离子电池因其电压稳定、容量高、能量密度大、循环寿命长、环境友好等优势，被广泛应用于摄像机、移动电话、笔记本电脑、电动交通工具等设备上。锂离子电池的负极材料是决定其性能的关键因素，其中，各种金属氧化物由于具有较高的比容量、具有高于石墨的工作电压、可以提高电池的使用安全性等优势，被认为是极具发展前景的负极材料。与锂非活性金属氧化物相比，锂活性金属氧化物由于锂和金属之间的合金化/去合金化过程，具有更高的实用价值。氧化锌具有高理论容量、低成本和环境友好性等优点，是比较有前景的锂活性金属氧化物之一。但是，由于锂活性金属氧化物在脱锂和嵌锂的过程中极易发生体积膨胀导致微观结构的变化，因此锂活性金属氧化物负极材料的稳定性仍有待改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

氧化锌负极材料具有高理论容量、低成本和环境友好性等优点，但是氧化锌负极材料在脱锂和嵌锂的过程中极易发生体积膨胀导致微观结构的变化，例如氧化锌在完全锂化后，体积膨胀较大，负极材料的晶体结构等被破坏，导致电池的电化学可逆性较低，循环稳定性较差；并且，氧化锌本身的电导率较低，导致动力学过程变慢，降低了负极材料的倍率性能，严重影响负极材料的正常使用。因此，如果能提出一种新的制备氧化锌负极材料的方法，该方法制备的氧化锌负极材料的结构稳定性较好，并且导电性较好，将能在很大程度上提高使用该氧化锌负极材料的电池的循环性能和倍率性能等，将能在很大程度上解决上述问题。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备负极材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：提供锌基金属有机骨架化合物；对所述锌基金属有机骨架化合物在高压条件下进行煅烧处理，形成非晶态碳包覆的氧化锌，形成所述负极材料，其中，所述煅烧处理的压强为2-6GPa。由此，该方法利用锌基金属有机骨架化合物作为前驱体，经过煅烧处理即可制备非晶态碳包覆的氧化锌，制备过程简单，制备周期较短，且成本较低；并且，采用高压条件下的煅烧处理，高压环境可以控制形成的非晶态碳包覆的氧化锌中的非晶态碳的包覆量，非晶态碳可以较好地抑制氧化锌颗粒在脱锂和嵌锂过程中的体积膨胀，提高该负极材料的稳定性，并能提高该负极材料的导电性，使用该负极材料的电池的循环性能和倍率性能较好。

根据本发明的实施例，所述煅烧处理的温度为700-900℃。由此，煅烧处理的温度在上述范围时，可以形成形貌较好的非晶态碳包覆的氧化锌，进一步提高该负极材料的使用性能。

根据本发明的实施例，所述非晶态碳包覆的氧化锌中，非晶态碳的包覆量为40-75wt％。由此，该方法制备的负极材料中，非晶态碳的包覆量较为适中，可以较好地抑制氧化锌颗粒在脱锂和嵌锂过程中的体积膨胀，提高该负极材料的稳定性，并能提高该负极材料的导电性和电池容量，使用该负极材料的电池的循环性能和倍率性能较好。根据本发明的实施例，所述非晶态碳包覆的氧化锌的粒径为3-6μm。由此，进一步提高该负极材料的使用性能。