[发明专利]钠离子电池电极材料、其制备方法及电池

说明书

本发明提供一种钠离子电池电极材料，所述电极材料包括导电分子筛复合材料，所述导电分子筛复合材料由分子筛和碳分子膜构成，所述碳分子膜由碳的前驱体碳化制成，所述导电分子筛复合材料及分子筛内部均存在容钠孔，所述导电分子筛复合材料的容钠孔的有效孔径比分子筛的容钠孔的有效孔径小25～90％，所述导电分子筛复合材料的有效孔径为0.3～2nm。本发明还提供使用该电极材料制备的方法及电池。该电极材料具有良好的钠离子脱嵌通道，且钠离子与溶剂的基团不能进去孔的内部，电池表现出较高的可逆容量和较好的倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种电池电极材料，特别是钠离子电池电极材料、其制备方法及电池。

背景技术

随着锂离子电池应用领域从便携式电子设备向电动汽车、大规模储能的快速扩展，对锂的需求量不断增大，但有限的锂资源和较高的价格限制了其在智能电网和可再生能源等大规模储能体系的应用。

钠离子电池是与锂离子电池类似的电池体系，采用资源更加丰富的金属钠，具有成本低、性能好的突出优势，普遍认为其将在动力电池、大型储能装置以及智能电网等领域得到广泛的应用。钠离子电池与锂离子电池具有相似的工作原理，但是钠离子较大的半径使得其电极材料的选取尤为困难。目前研究很难找到能够快速稳定脱嵌钠离子的基质材料。例如石墨具有优异的储锂性能，但较大的钠离子与石墨的层间距不匹配，不能在石墨层间有效地可逆脱嵌，导致石墨的储钠容量很低，仅为30mAh/g。因此，寻找合适的储钠材料仍是一项艰巨的任务。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种能够有效储钠的钠离子电极材料、其制备方法及电池。

一种钠离子电池电极材料，所述电极材料包括导电分子筛复合材料，所述导电分子筛复合材料由分子筛和碳分子膜构成，所述碳分子膜由碳的前驱体碳化制成，所述导电分子筛复合材料及分子筛内部均存在容钠孔，所述导电分子筛复合材料的容钠孔的有效孔径比分子筛的容钠孔的有效孔径小25～90％，所述导电分子筛复合材料的有效孔径为0.3～2nm。

进一步的，所述导电分子筛复合材料的有效孔径为0.3～0.6nm。

一种制备钠离子电池电极材料的方法，包括如下步骤：

将碳的前驱体溶于溶剂中，得到碳的前驱体溶液；

将分子筛加入碳的前驱体溶液中，混合均匀，得到前驱体的混合溶液；

将前驱体的混合溶液干燥，在惰性气体保护下高温碳化，碳化后自然冷却至室温即得到导电分子筛复合材料。

一种钠离子电池电极，包含上述电池电极材料和辅助成分。

一种钠离子电池，包含上述电池电极，所述电池电极用于正极和负极中的至少一方。

本发明中的导电分子筛复合材料作为钠离子电池的电极材料，既能提供足够的孔道供钠离子的脱嵌，同时又能阻碍钠离子与溶剂的基团的进入，有效的降低了SEI膜的形成和其他副反应的发生，提高了钠离子电池的可逆容量。另外，和分子筛相比，导电分子筛复合材料的有效孔径比分子筛的有效孔径小25～90％，同时能够保持分子筛的骨架结构不变，材料可控性较好。本发明的导电分子筛复合材料作为钠离子电池的电极材料扩展了钠离子电极材料的选择范围，降低了成本。

具体实施方式

本发明提供一种钠离子电池电极材料，所述电极材料包括导电分子筛复合材料，所述导电分子筛复合材料由分子筛和碳分子膜构成，所述碳分子膜由碳的前驱体碳化制成，所述导电分子筛复合材料及分子筛内部均存在容钠孔，所述导电分子筛复合材料的有效孔径比分子筛的有效孔径小25～90％，所述导电分子筛复合材料的有效孔径为0.3～2nm。其中有效孔径指容钠孔开口直径。所述容钠孔为能够容纳钠离子自由嵌入和脱出的孔。