一种负极材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及新能源材料，具体涉及一种负极材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、作为电动汽车核心组件的二次电池面临着能量密度、功率密度、可靠性和安全方面的各种技术挑战，特别是快速充电能力是一个非常重要的特性。

2、当前二次电池的负极材料主要为石墨，对石墨表面改性是一种提高金属离子插入反应电化学动力学从而提高充电速率的有效方法。han等人报道，在石墨表面使用煤焦油沥青的均匀非晶碳涂层提高了石墨负极的倍率性能。cheng等人用碱化合物制备了表面蚀刻石墨，以增加金属离子嵌入石墨的位点数量，显著增强了石墨负极的倍率性能。但是，这些方法也会导致石墨的初始库伦效率显著降低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中石墨负极材料的初始库伦效率低，电化学性能不佳的问题，本发明提供了一种负极材料及其制备方法与应用，提高了石墨负极材料的初始库伦效率，同时具有较好的倍率性能。

2、第一方面，本发明提供了一种负极材料，包括v5s8@石墨复合材料；所述复合材料中，v5s8包覆在石墨的表面。

3、在一种可选的实施方式中，所述复合材料中，v5s8的质量占所述复合材料质量的1.21％-14.55％；

4、优选地，所述复合材料中，v5s8的质量占所述复合材料质量的2.49％-11.94％；

5、进一步优选地，所述复合材料中，v5s8的质量占所述复合材料质量的6.03％-8.00％。

6、在一种可选的实施方式中，所述复合材料中，v5s8包覆在石墨的表面形成包覆层，包覆层的厚度为0.2μm-1μm，和/或，石墨的粒径为6.5μm-18μm。

7、在一种可选的实施方式中，v5s8的晶体结构为隧道结构，石墨的晶体结构为层状结构。

8、在一种可选的实施方式中，所述层状结构的层间距为0.333nm-0.337nm。

9、第二方面，本发明提供了一种所述的负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

10、将石墨和五氧化二钒在溶剂中混合，然后除去溶剂，形成前驱体；

11、将所述前驱体与硫粉在热处理下进行反应。

12、在一种可选的实施方式中，所述热处理的气氛为氢气与惰性气体的混合气氛；所述混合气氛中氢气与惰性气体的体积比为(6-8)：(92-94)；

13、所述混合气氛的通入量为每50l容器内流量为10-30ml/min。

14、所述热处理包括：先在150℃-250℃下退火1h-2h，然后升温至700℃-1000℃。

15、在一种可选的实施方式中，先以2℃/min-5℃/min的升温速率升温至150℃-250℃下退火1h-2h，然后以4℃/min-6℃/min的升温速率升温至700℃-1000℃；

16、所述惰性气体选自氩气、氦气、氮气、氖气中的一种或多种。

17、在一种可选的实施方式中，石墨和五氧化二钒的质量摩尔比为(3g-10g)：

18、(1mmol-2mmol)；

19、五氧化二钒与硫粉的质量摩尔比为(1mmol-2mmol)：(2g-4g)。

20、所述石墨、五氧化二钒与硫粉的质量摩尔比为(3g-10g)：(1mmol-2mmol)：

21、(2g-4g)。

22、在一种可选的实施方式中，所述将石墨和五氧化二钒在溶剂中混合，除去溶剂，形成前驱体，包括：

23、将石墨粉末分散在溶剂中形成悬浮液，然后将五氧化二钒粉末加入到所述悬浮液中，在40℃-80℃下，搅拌使溶剂完全蒸发，形成前驱体；

24、所述溶剂选自乙醇、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、甲醇、四氯化碳、丙酮中的一种或多种；

25、所述搅拌的速度为200rpm/min-600rpm/min。

26、第三方面，本发明提供了一种所述的负极材料或所述的制备方法制备而成的负极材料在锂离子电池中的应用。

27、第四方面，本发明提供了一种负极片，所述负极片包括所述的负极材料或所述的制备方法制备而成的负极材料。

28、第五方面，本发明提供了一种二次电池，所述二次电池包括所述的负极片。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

30、本发明提供的一种负极材料，包括v5s8@石墨复合材料；所述复合材料中，v5s8包覆在石墨的表面。采用v5s8包覆石墨以解决石墨负极材料电化学性能不佳，不能兼顾倍率性能和初始库伦效率的问题，试验证明，通过v5s8包覆石墨，不仅可以提高石墨负极材料的充放电速度，提高了电池的高倍率性能，还可以增加负极材料的吸液量(润湿性)，增大电池容量，增强了电池的初始库伦效率，提升了电化学性能。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，包括v5s8@石墨复合材料；所述复合材料中，v5s8包覆在石墨的表面。

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述复合材料中，v5s8的质量占所述复合材料质量的1.21％-14.55％；

3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述复合材料中，v5s8包覆在石墨的表面形成包覆层，包覆层的厚度为0.2μm-1μm，和/或，石墨的粒径为6.5μm-18μm。

4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，v5s8的晶体结构为隧道结构，石墨的晶体结构为层状结构。

5.根据权利要求4所述的负极材料，其特征在于，所述层状结构的层间距为0.333nm-0.337nm。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的气氛为氢气与惰性气体的混合气氛；所述混合气氛中氢气与惰性气体的体积比为(6-8)：(92-94)；

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，石墨和五氧化二钒的质量摩尔比为(3g-10g)：(1mmol-2mmol)；

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述将石墨和五氧化二钒在溶剂中混合，除去溶剂，形成前驱体，包括：

10.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括权利要求1-5任一项所述的负极材料或权利要求6-9任一项所述的制备方法制备而成的负极材料。

技术总结本发明涉及新能源材料技术领域，公开了一种负极材料及其制备方法与应用，所述负极材料，包括V<subgt;5</subgt;S<subgt;8</subgt;@石墨复合材料；所述复合材料中，V<subgt;5</subgt;S<subgt;8</subgt;包覆在石墨的表面。采用V<subgt;5</subgt;S<subgt;8</subgt;包覆石墨以解决石墨负极材料电化学性能不佳，不能兼顾倍率性能和初始库伦效率的问题，试验证明，通过V<subgt;5</subgt;S<subgt;8</subgt;包覆石墨，可以提高石墨负极材料的润湿性、倍率性能和初始库伦效率。技术研发人员：陈洋武,王金钻,孙振,刘婵,侯敏,曹辉受保护的技术使用者：瑞浦兰钧能源股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9