[发明专利]新型钠电池负极活性材料

说明书

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料及钠电池技术领域，具体涉及一种锡基中间合金MSn₅(M=Fe,Co,Ni,Cu)负极活性材料及其在钠电池中的应用。

背景技术

锂离子电池因其具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高等优点，广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等电子产品中，进一步其将应用于电动汽车及可再生能源的存储等领域。但是，由于锂源的有限和不均匀的分布，使其开发变得越来越困难及成本增加。近几年来，钠电池的发展受到越来越多的关注。与锂电池相比，钠源分布广泛且价格相对非常便宜，因而具有更广阔的应用前景。

当前，钠电池的发展面临着许多亟待解决的问题。钠离子电池负极材料作为提高电池能量及循环寿命的重要因素，受到了研究者的重视。与其他负极材料相比，锡负极材料具有理论容量高、加工性好、可快速充放电等众多优点。但是，锡负极材料也存在着巨大的体积膨胀问题，导致材料的循环性能变差。改善锡材料电化学性能的方法有很多，包括纳米化、碳包覆、合金化、非晶态处理等。其中，具有各种纳米结构的锡与碳的复合材料得到普遍的研究及关注，且部分复合材料取得了较好的循环性能。但是，锡碳复合材料的制备过程一般比较繁琐，且部分碳在复合材料中没有容量的贡献，因此导致负极活性材料的含量降低。

综上所述，本领域尚缺乏一种理论容量高，成本低，循环稳定性好的负极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种理论容量高，成本低，循环稳定性好的负极材料。

本发明的第一方面，提供了一种钠电池，所述的钠电池包括正极材料、电解液、隔膜、负极材料；其特征在于，所述的负极材料包括如下式I所示的合金作为负极活性材料：

MSn₅   (I)

其中，M选自下组：铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)。

在另一优选例中，所述的式I合金具有四方相。

在另一优选例中，所述的式I合金属于P4/mcc空间群。

在另一优选例中，所述的合金为二元合金。

在另一优选例中，所述的负极活性材料包括式I所述的二元合金的混合物或复合物。

在另一优选例中，在所述合金中，锡的含量为80-95wt%，按合金的总重量计。

在另一优选例中，所述合金具有能与钠(Na)反应的反应相；较佳地，在充电过程中，所述的反应相与Na形成Na-Sn合金。

在另一优选例中，所述合金的形貌可为任意形态，包括粉末、块体、颗粒等。

在另一优选例中，所述合金的形貌为球状、或近似于球状；更佳地，为球状颗粒。

在另一优选例中，所述的合金为纳米颗粒，较佳地，所述纳米颗粒的粒径范围为10-100nm，更佳地为20-70nm，最佳地为30-50nm。

在另一优选例中，当所述合金的形貌为球状时，所述的球状合金表面还具有氧化层。

在另一优选例中，所述氧化层的厚度为1-10nm，较佳地为2-6nm，更佳地为3-4nm。

在另一优选例中，所述合金具有良好的单分散性。

在另一优选例中，所述的电池还包括外壳；优选地，所述的外壳为金属材料或复合材料。

在另一优选例中，所述的电池为无水电池。

在另一优选例中，所述负极材料还包括选自下组的组分：导电剂、黏结剂，或其组合。

在另一优选例中，在所述负极材料中：式I合金的含量为60-90wt%，导电剂的含量为5-15wt%，黏结剂的含量为5-25wt%，以合金的总重量计。

在另一优选例中，式I合金的含量为75-85wt%，导电剂的含量为8-12wt%，黏结剂的含量为7-13wt%，以合金的总重量计。

在另一优选例中，所述黏结剂包括具有羧基的高分子化合物或聚合物。

在另一优选例中，所述的具有羧基的高分子化合物或聚合物选自下组：聚丙烯酸、聚丙烯酸盐类。

在另一优选例中，所述的隔膜选自下组：陶瓷多孔膜、塑料多孔膜(例如由聚四氟乙烯、聚丙烯和聚乙烯的合成树脂制备的多孔膜)，及玻璃纤维多孔膜。

在另一优选例中，所述的电解液中包括一种或多种钠盐；和/或

所述的电解液中包括一种或多种有机溶剂。