负极复合材料、负极极片和电池的制作方法

本发明涉及新能源电池领域，具体地，涉及一种负极复合材料、负极极片和电池。

背景技术：

1、近年来，由于过渡金属硫属化物作为电池负极材料具有高的理论容量和安全性高等优势备受关注。其中nise2更是表现出优异的电化学活性。但是由于电子电导率低、体积膨胀和电解质分解等问题导致其循环性能和倍率性能较差。且现有nise2基本以粉末的形式存在，电极制备过程中不可避免的会使用到聚合物粘结剂和导电添加剂，不仅会减少接触面积，降低能量密度，还阻碍了电解质离子的渗透到电极，导致电化学性能降低。

2、因此有必要提出一种简便的制备方法，解决nise2循环性能和倍率性能较差的问题，同时解决现有nise2以粉末的形式存在，使得电极制备过程中需使用聚合物粘结剂和导电添加剂，导致电化学性能降低、制备流程繁琐的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明致力于提供一种负极复合材料、负极极片和电池，以解决现有技术中nise2循环性能和倍率性能较差的问题，同时解决现有nise2以粉末的形式存在，使得电极制备过程中需使用聚合物粘结剂和导电添加剂，导致电化学性能降低、制备流程繁琐的问题。

2、本发明的第一方面提供一种负极复合材料，所述负极复合材料包括nise2/ni@c纳米阵列材料；所述nise2/ni@c纳米阵列材料包括：

3、（1）碳布基底；

4、（2）多孔碳纳米片阵列；

5、（3）异质结nise2/ni颗粒；

6、其中，所述多孔碳纳米片阵列垂直排列于所述碳布基底表面；所述异质结nise2/ni颗粒嵌入在所述多孔碳纳米片阵列上。

7、可选地，所述nise2/ni@c纳米阵列材料的比表面积为300~900m2/g。

8、可选地，所述多孔碳纳米片阵列的片径为1~2μm；和/或，所述多孔碳纳米片阵列的厚度为20~30nm；和/或，所述多孔碳纳米片阵列的孔径为10~20nm；和/或，所述多孔碳纳米片阵列的孔隙率为15~35%。

9、可选地，所述异质结nise2/ni颗粒的平均粒径为30~50nm；和/或，以所述nise2/ni@c纳米阵列材料的总质量为基准，所述异质结nise2/ni颗粒的含量为60~80wt%。

10、本发明的第二方面提供一种负极复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

11、s1、将镍盐、络合剂和有机碳源添加至溶剂中进行混合处理，得到第一物料；对所述第一物料添加至贴有碳布的反应釜中进行水热处理，得到水热处理后的碳布；

12、s2、对所述水热处理后的碳布进行第一洗涤和第一干燥处理，得到稳定生长在碳布上的前驱体；

13、s3、对所述稳定生长在碳布上的前驱体进行硒化处理，得到硒化后的物料；将所述硒化后的物料进行碳化处理，得到碳化后的物料；

14、s4、对所述碳化后的物料进行第二洗涤和第二干燥处理。

15、可选地，所述镍盐选自硝酸镍、硫酸镍、氯化镍和乙酸镍中的至少一种；和/或，所述络合剂选自尿素、氟化铵、乙二胺四乙酸和六次甲基四胺中的至少一种；和/或，所述有机碳源选自葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、纤维素、淀粉、有机酸皮豆粕、甘油三酯、脂肪酸、单宁酸、柠檬酸、聚乙烯醇、聚吡咯、维生素c、聚乙二醇、沥青、蒽和苯胺中的至少一种；和/或，所述溶剂为水。

16、可选地，所述镍盐、所述络合剂和所述有机碳源混合的摩尔比为1：3~7：0.1~1.5；和/或，所述镍盐与所述溶剂的质量比为1：150~250。

17、可选地，步骤s1中，所述混合处理为磁力搅拌；所述磁力搅拌的条件包括：搅拌时间为20~40min，搅拌速度为200~400r/min；和/或，所述反应釜为聚四氟乙烯反应釜；和/或，所述水热处理的条件包括：温度为160~200℃，时间为6~12h；和/或，步骤s2中，所述第一洗涤使用的洗涤液选自无水乙醇和/或水；和/或，所述第一干燥处理的条件包括：温度为50~70℃，时间为18~36h；和/或，步骤s3中，所述硒化处理包括：将硒粉置于反应炉上游，将所述稳定生长在碳布上的前驱体置于所述反应炉下游进行热处理；所述碳布上负载的前驱体的质量与所述硒粉的质量比为1:2~4；和/或，所述硒化处理在第一保护性气氛中进行；和/或，所述硒化处理温度为300~400℃，所述硒化处理时间为1~2h；和/或，所述碳化处理在还原性气氛中进行，所述还原性气氛包括氢气和第二保护性气氛；和/或，所述碳化处理的条件包括：碳化温度为500~650℃，碳化时间为1~3h；和/或，步骤s4中，所述第二洗涤使用的洗涤液选自无水乙醇和/或水；和/或，所述第二干燥处理的条件包括：温度为50~70℃，时间为18~36h。

18、本发明的第三方面提供一种负极极片，所述负极极片包括负极材料，其中，所述负极材料包括上述的负极复合材料和/或根据上述的方法制备得到的负极复合材料。

19、本发明的第四方面提供一种电池，所述电池包括上述的负极极片。

20、通过上述技术方案，本发明的有益技术效果为：

21、（1）本发明提供的负极复合材料包括由异质结nise2/ni颗粒修饰的碳纳米片阵列材料nise2/ni@c，该nise2/ni@c纳米阵列材料包括碳布基底、多孔碳纳米片阵列和异质结nise2/ni颗粒，该材料有效缓解了nise2的体积膨胀，且离子扩散、电子传输速率优异，循环稳定性和倍率性能优异。

22、（2）本发明的负极复合材料的制备方法在碳布基底上合成由异质结nise2/ni颗粒修饰的碳纳米片阵列。通过简单的一锅水热法原位引入碳源，制备出氢氧化镍复合碳材料纳米片阵列前驱体，随后将其硒化、碳化得到异质结nise2/ni颗粒紧密修饰的多孔碳纳米片阵列，即在碳布上生长的nise2/ni@c纳米阵列材料。本发明在碳化过程中通过使用还原性强的混合气，且高温碳化时，有机碳源在转化为碳的过程中具有还原性，控制碳化温度和时间，保证碳化成功的同时，将nise2部分还原成ni单质，制备出异质结nise2/ni颗粒。该异质结nise2/ni颗粒使得负极复合材料的电阻降低，耦合电场使电子传输速率上升，电化学动力学提升，倍率性能得到改善。

23、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种负极复合材料，其特征在于，所述负极复合材料包括nise2/ni@c纳米阵列材料；所述nise2/ni@c纳米阵列材料包括：

2.根据权利要求1所述的负极复合材料，其特征在于，所述nise2/ni@c纳米阵列材料的比表面积为300~900m2/g。

3.根据权利要求1所述的负极复合材料，其特征在于，所述多孔碳纳米片阵列的片径为1~2μm；

4.根据权利要求1所述的负极复合材料，其特征在于，所述异质结nise2/ni颗粒的平均粒径为30~50nm；

5.一种负极复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

9.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括负极材料，其中，所述负极材料包括权利要求1-4中任意一项所述的负极复合材料和/或根据权利要求5-8中任意一项所述的方法制备得到的负极复合材料。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求9所述的负极极片。

技术总结
本发明涉及新能源电池领域，具体涉及一种负极复合材料、负极极片和电池。本发明的负极复合材料包括NiSe<subgt;2</subgt;/Ni@C纳米阵列材料；所述NiSe<subgt;2</subgt;/Ni@C纳米阵列材料包括：碳布基底、多孔碳纳米片阵列和异质结NiSe<subgt;2</subgt;/Ni颗粒；其中，所述多孔碳纳米片阵列垂直排列于所述碳布基底表面；所述异质结NiSe<subgt;2</subgt;/Ni颗粒嵌入在所述多孔碳纳米片阵列上。本发明的负极复合材料离子扩散、电子传输速率优异。

技术研发人员：刘诚,魏磊,杨昊名,於洪将,王汭
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：2024/9/23