(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211346885.1 (22)申请日 2022.10.31 (71)申请人 苏州第一元 素纳米技 术有限公司 地址 215000 江苏省苏州市工业园区金鸡 湖大道99号苏州纳米城西北区01幢 105、 207室 (72)发明人 王金娥　董明　 (74)专利代理 机构 苏州创元专利商标事务所有 限公司 3210 3 专利代理师 范晴 (51)Int.Cl. H01M 4/38(2006.01) B82Y 30/00(2011.01) H01M 4/62(2006.01) H01M 10/0525(2010.01)H01M 10/054(2010.01) (54)发明名称 电池负极材 料及其制备方法与应用 (57)摘要 本发明公开了一种电池负极材料及其制备 方法与应用， 该制备方法包括如下步骤： 1)制备 碳纳米管浆料； 2)涂布： 将碳纳米管浆料涂布在 基材表面； 3)冷冻干燥： 涂层/基材连续前进、 进 入液氨冷冻脱水池， 再进入低温烘干仓， 得到气 凝胶碳管涂层/基材； 4)预金属化： 气凝胶碳管涂 层/基材继续前进， 进入金属Li、 Na或K的蓝色液 氨溶液， 使气凝胶内吸满此蓝色溶液， 再进入蒸 发室， 将氨蒸发， 得到预埋锂、 钠、 钾单质的三维 负极材料。 该负极材料具有三维多孔结构， 呈海 绵状富有弹性、 压缩后可回弹恢复原状， 有利于 锂、 钠或钾离子的存储和运输， 用于电池负极， 电 化学性能好、 储离子效率高且稳定， 本发明制备 工艺简单， 具有广泛的商业 化应用前 景。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115498173 A 2022.12.20 CN 115498173 A 1.一种电池负极材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一， 制备碳纳米管浆料： 将碳纳米管分散于溶剂中， 加入一定量的粘结剂、 稳定剂， 持续搅拌使其充分 混合均匀， 即得 所述碳纳米管浆料； 步骤二， 涂布： 将上述 碳纳米管浆料涂布在基材表面； 步骤三， 冷冻干燥： 将上述涂层/基材持续前进、 进入液氨冷冻脱水池， 再进入低温烘干 仓， 得到气凝胶碳管涂层/基材； 步骤四， 预金属化： 气凝胶碳管涂层/基材继续前进， 进入金属Li、 Na或K的蓝色液氨溶 液， 使气凝胶内吸满此蓝 色溶液， 再进入蒸发室， 将氨蒸发， 得到预埋锂、 钠或钾单质的三 维 负极材料。 2.根据权利要求1所述的一种电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤一中， 所述 碳纳米管为单壁 碳纳米管或多壁 碳纳米管中的至少一种； 碳纳米管的纯度大于9 9％， 直径为10～ 200nm， 长度为5～ 20 μm。 3.根据权利要求1所述的一种电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤一中， 所制 备碳纳米管浆料浓度为10％～15％， 碳纳米管与粘结剂、 稳定剂质量比为20～10:0.7:0.3 。 4.根据权利要求1所述的一种电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤一中， 所述 溶剂为去离 子水、 酒精、 乙二醇、 丙醇、 异丙醇、 丙酮、 N ‑甲基吡咯烷酮中的至少一种； 所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、 聚乙烯醇、 聚四氟乙烯、 海藻酸锂、 海藻酸钠、 海藻酸 钾、 果胶酸锂、 果胶酸钠、 果胶酸钾中的至少一种； 所述稳定剂为 羧甲基纤维素钠。 5.根据权利要求1所述的一种电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤二中， 所述 基材为铜基材， 所述铜基材为铜箔或铜网， 对应步骤四中的蓝色溶液为金属 Li的蓝色液氨 溶液。 6.根据权利要求1所述的一种电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤二中， 所述 基材为铝基材， 所述铝基材为铝箔或铝网， 对应步骤四中的蓝 色溶液为金属Na或K的蓝 色液 氨溶液。 7.根据权利要求1所述的一种电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤三中， 所述 低温烘干 仓温度范围控制在 ‑33℃～0℃。 8.根据权利要求1所述的一种电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤四中， 所述 蓝色液氨溶 液浓度为0.5～1.5mo l/L。 9.一种电池负极材 料， 其特征在于， 采用权利要求1 ‑8任一项所述的制备 方法制得。 10.根据权利要求9所述的电池负极材 料在制作锂/钠/钾离 子电池中的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115498173 A 2电池负极材料及其制备方 法与应用 技术领域 [0001]本发明属于电池材料加工技术领域， 具体涉及一种电池负极材料及其制备方法与 应用。 背景技术 [0002]锂离子电池是当今电池行业的绝对主流， 发展迅速， 推动了智能手机、 笔记本电脑 和电动汽车等诸多领域的革命性进步。 然而， 锂是一种相对稀缺的元素， 地壳丰度只有 0.0017％。 因此人们 一直在寻找一种新的可充电电池来代替锂电。 钠元素和钾元素在地壳 中的储量是锂的上千倍， 且它们的性质与锂类似， 钠离子电池和钾离子电池与锂离子电池 有着相似的 “摇椅式”充放电原理， 因此被寄予 厚望。 [0003]而作为锂离子电池中常用的负极石墨却并不适用于钠/钾离子电池， 因为钠/钾离 子较大的直径无法在石墨层 间进行脱嵌。 另外， 钠/钾离子无法和石墨形成稳定的相结构。 作为钠/钾离子电池的其他负极材料也同期被研究， 包括石墨化硬碳、 合金、 氧化物和有机 复合物等。 然而目前大部 分负极材料都会在钠/钾离子嵌入过程中产生很大的体积膨胀， 导 致不可逆的容 量衰减。 [0004]为了解决现有技 术存在的上述问题， 本发明由此而来。 发明内容 [0005]针对上述存在的技术问题至少之一， 本发明目的是提供一种电池负极材料及 其制 备方法与应用， 该制备方法利用冷冻干燥技术制备三维多孔碳纳米管气凝胶材料， 然后浸 渍吸附碱金属的液氨溶液， 再蒸发除去氨， 得到预植入金属晶种、 弹性高、 导电性好、 储金属 效率高的三维负极材 料。 [0006]本发明的技 术方案为： [0007]本发明提供了一种电池负极材 料的制备 方法， 包括以下步骤： [0008]步骤一， 制备碳纳米管浆料： 将碳纳米管分散于溶剂中， 加入一定量的粘结剂、 稳 定剂， 以200～300转每分钟速率持续搅拌20～30min， 使其充分混合均匀， 即得所述碳纳米 管浆料； [0009]步骤二， 涂布： 将上述 碳纳米管浆料涂布在基材表面； [0010]步骤三， 冷冻干燥： 将上述涂层/基材持续前进、 进入液氨冷冻脱水池， 再进入低温 烘干仓， 得到气凝胶碳管涂层/基材； [0011]步骤四， 预金属化： 气凝胶碳管涂层/基材继续前进， 进入金属Li、 Na或K的蓝色液 氨溶液， 使气 凝胶内吸满此蓝 色溶液， 再进入蒸发室， 将氨蒸发， 得到预埋锂、 钠或钾单质的 三维负极材 料。 [0012]优选地， 步骤一中， 所述 碳纳米管为单壁 碳纳米管或多壁 碳纳米管中的至少一种； [0013]碳纳米管的纯度大于9 9％， 直径为10～ 200nm， 长度为5～ 20 μm。 [0014]优选地， 步骤一中， 所制备碳纳米管浆料浓度为10％～15％， 碳纳米管与粘结剂、说　明　书 1/4 页 3 CN 115498173 A 3