[发明专利]一种用于钠离子电池的负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种用于钠离子电池的负极材料及其制备方法。 

背景技术

随着社会生产力的提高，非再生化石能源的大量消耗以及环境问题日益严峻，发展清洁可再生能源的转换和储存逐渐成为人们研究的热点。发展风能、太阳能、潮汐能等可再生能源发电技术，能够有效缓解国民经济发展过程中面临的能源、资源、环境之间矛盾。然而风能、太阳能、潮汐能等可再生清洁能源发电具有不连续性和波动性，无法直接并入电网，需要利用储能技术进行存储后，再加以利用。在众多储能技术中，储能电池其具有无污染运行、高能量效率、灵活的功率和能量特征以及长寿命、低维护等优点而成为储能技术研究和应用的热点。在现有的储能电池中，锂离子电池由于具有高能量密度，高能量效率和长的循环寿命，成为便携式电子产品和电动汽车的电源，然而其昂贵的成本和资源的不足使其无法满足大规模电网储能，因此，研发成本更低的新型储能技术成为大规模电网储能市场的迫切需求。 

相对于锂离子电池，钠离子电池与其工作原理相似，但是由于钠离子电池具有材料来源广泛、成本低等优势，可有效降低储能成本和提高电池的安全性，因而其在大规模储能方面备受重视。 

目前报道的钠离子电池负极材料包括硬碳，Na₂Ti₃O₇，TiO₂，Sb以及SnSb合金，无定形态红磷，以及对苯二甲酸等，用于钠离子电池负极材料都存在一定的问题。硬碳负极虽然可放出超过300mAh/g的比容量，但是大部分容量是在低于0.2V(vs Na⁺/Na)甚至更低的电位下获得的，接近钠的沉积电位，容易产生Na的枝晶，而且提高放电截止电压，会大大降低充放电容量；对于Na₂Ti₃O₇虽然其嵌入/脱出电位相对于Na⁺/Na在0.3V左右，是不错的选择，但是该材料导电性、倍率性能和稳定性较差，这些问题都需要进一步解决；TiO₂作为廉价的钠 离子电池负极材料，虽然具有很好的稳定性和倍率性能，但是由于其比容量相对较低，一般难以达到180mAh/g，难以满足应用需求；Sb以及SnSb合金具有较高的比容量，但是在充放电过程中巨大的体积膨胀带来的稳定性问题需要解决，同时，这类材料的作为钠离子电池成本相对较高，因而用于钠离子电池负极材料不太合适；无定形态红磷具有非常高的比容量，具有较低的反应电位，但是，和Sb以及SnSb合金一样，该材料同样面临着巨大的体积膨胀，而且，充放电过程中产生的Na₃P具有剧毒，也决定了红磷不适合作为钠离子电池负极材料。对苯二甲酸具有相对较高的比容量和较低的电位，不过该材料的首周库伦效率低，同时导电性差，也不太适合用于钠离子电池负极材料。 

发明内容

针对上述钠离子电池负极材料容量低、循环稳定性差、成本高等不足，本发明的目的在于提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法，该电极材料为碳硫的复合材料，可以用作钠离子电池负极材料，该电极材料具有高的比容量和好的循环稳定性，电极材料廉价环保。 

按照本发明的一个方面，提供一种钠离子电池负极材料，其特征在于，该电极材料为碳和硫形成的复合材料，其中，所述复合材料中的碳由芳香族化合物碳化热解得到。 

按照本发明的另一方面，提供一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括：将芳香族化合物与硫以一定质量比混合后，并在保护气氛中加热到300-900℃碳化处理，保温一段时间，反应结束后自然冷却到室温即可形成钠离子电池负极材料。 

作为本发明的改进，该复合材料中的硫可以是以单质硫形式，碳硫键形式或氧硫键形式存在，或者其中的多种形式存在。 

作为本发明的改进，所述芳香族化合物可以为1,4,5,8-萘四甲酸酐、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、二萘嵌苯、嵌二奈和六苯并苯中的一种或几种，或其衍生物中的一种或几种。 

作为本发明的改进，所述衍生物可以为以1,4,5,8-萘四甲酸酐、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、二萘嵌苯、嵌二奈和六苯并苯中的一种或几种为单体的取代物或聚合物。 

作为本发明的改进，所述复合材料中的硫的含量不大于50％wt。 

作为本发明的改进，所述加热速度可以为1-20℃/min。 

本发明还提供一种钠离子电池，其负极材料为本发明所述的一种钠离子电池电极材料。