[发明专利]一种钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池

说明书

本发明公开了一种钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池。本该材料由椰壳炭、二硫化锡和聚吡咯复合而成；二硫化锡沉积于椰壳炭的微孔中，形成颗粒；颗粒的外壳包裹聚吡咯；椰壳炭相对于二硫化锡的质量比为5‑10％；聚吡咯相对于二硫化锡的质量比为1‑5％。本发明的钠离子电池负极材料，可有效减缓硫化锡的体积膨胀效应，防止颗粒在充放电过程中破碎，可有效防止负极在充放电过程中与集流体脱落，提高负极材料的循环性能；本发明的负极材料不仅可吸收颗粒在体积膨胀时产生的机械应力，进一步防止颗粒破碎，还可明显提高电化学性能，特别是倍率性能。此外，本发明的钠离子电池负极材料循环性能得到明显提高。

技术领域

本发明具体涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池。

背景技术

规模储能需要储能系统廉价、安全、绿色、环保，在现有的规模储能方式中，电化学储能系统以其高效、灵活的特点受到广泛关注，也是目前国内外研究热点，钠元素在地球储量十分丰富，分布广泛、提炼简单，钠离子电池具有低成本化优势，有望作为大规模储能应用。

钠离子电池作为规模储能应用优势明显，但同时也存在挑战，特别是寻找电化学性能优异的电极材料困难。现阶段钠离子电池研究还比较少，可供选择的正负极材料不成熟，相应的制备工艺进展很有限，从而导致目前钠离子电池性能还远远达不到预期目标。因此，寻找并发展高性能钠离子电池电极材料就显得尤为重要。研究结果表明，Sn金属及其复合材料具有较好的可逆嵌/脱钠特性，但Sn或其化合物在与钠反应过程中体积膨胀收缩效应明显，反复充放电后电极材料容易发生破裂，导致电池容量衰减、循环性能变差。硫化锡作为钠离子电池负极材料性能优异，中国专利(CN201610668657.4)公开了一种SnS₂/C复合负极材料，中国专利(CN201610595712.1)公开了一种原位制备SnS₂/CNT复合负极材料，可以提高材料的离子和电子电导率。中国专利(CN201610628012.8)公开了一种SnS₂/CNT复合负极材料的制备方法。上述三份公开的专利，采用碳材料对锡基负极材料做了简单的修饰，能一定程度改善充放电容量和循环稳定性，但作用很有限，无法很好应对锡基材料的体积膨胀效应。故如何更有效的减缓体积膨胀效应一直是钠离子电池负极材料研究中的热点方向之一。

发明内容

本发明实际要解决的技术问题是克服了现有技术中钠离子电池锡基负极材料循环稳定性差，体积效应过大，无法从根本上解决SnS₂在嵌/脱钠过程中的体积膨胀效应等缺陷，提供了一种钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池。本发明的钠离子电池负极材料，可有效减缓二硫化锡的体积膨胀效应，防止颗粒在充放电过程中破碎，可有效防止负极在充放电过程中与集流体脱落，提高负极材料的循环性能；本发明的负极材料不仅可吸收颗粒在体积膨胀时产生的机械应力，进一步防止颗粒破碎，还可明显提高电化学性能，特别是倍率性能。此外，本发明的钠离子电池负极材料循环性能得到明显提高。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种钠离子电池负极材料，所述钠离子电池负极材料由椰壳炭、二硫化锡和聚吡咯复合而成；其中，所述二硫化锡沉积于所述椰壳炭的微孔中，形成二硫化锡/椰壳炭颗粒；所述二硫化锡/椰壳炭颗粒的外壳包裹所述聚吡咯；

其中，所述椰壳炭的含量为5-10％，上述百分比为所述椰壳炭相对于所述二硫化锡的质量百分比；所述聚吡咯的含量为1-5％，上述百分比为所述聚吡咯相对于所述二硫化锡的质量百分比。

本发明中，所述椰壳炭可为本领域常规的椰壳炭，其为活性炭的一种，以椰壳制成而得名，一般为黑色无定型粒状物。所述椰壳炭的制备方法可为本领域常规的制备方法，较佳地按下述步骤制得：将椰壳在惰性气氛中碳化，冷却至室温后粉碎即得所述椰壳炭。