[发明专利]钠离子电池负极材料的形成方法

说明书

本申请提供一种钠离子电池负极材料的形成方法，包括：在氨水条件下，将碳纳米纤维、表面活性剂和正硅酸四乙酯发生溶胶凝胶过程获取碳纤维‑表面活性剂‑介孔二氧化硅复合材料；将所述碳纤维‑表面活性剂‑介孔二氧化硅复合材料放置于过量的硝酸铵与乙醇溶液得到碳纤维‑介孔二氧化硅复合材料；将所述碳纤维‑介孔二氧化硅复合材料进行溶剂蒸发过程获取碳纤维‑含氮硫碳源‑介孔二氧化硅复合材料；去所述碳纤维‑含氮硫碳源‑介孔二氧化硅复合材料内部的二氧化硅模板；过滤、洗涤，获得同轴电缆结构的碳纤维‑氮硫共掺杂介孔碳复合材料。本申请的实施例形成的钠离子电池负极材料的比容量大、倍率性能和循环性能佳。

技术领域

本发明涉及二次电池领域，特别涉及一种钠离子电池负极材料的形成方法。

背景技术

在众多的能量存储设备中，锂离子电池因具有高能量密度和长循环寿命等优点，已迅速成为了便携式电子设备的重要电源。然而，对于大规模的能量存储，比如电动汽车和电网等相关应用，锂离子电池却面临着巨大挑战，主要原因是锂的储量非常有限(在地壳中仅占0.002％)，致使锂离子电池价格昂贵，很大程度上制约着锂离子电池的大规模应用。因此，发展用于大规模储能的新型储能技术已成为迫切的需求。

钠与锂为同一主族元素，具有非常相似的电化学性质，钠离子电池也能实现可逆充放电过程，而且钠的储量非常高(在地壳中约占2.74％)，因此，钠离子电池具有钠资源丰富和成本低廉的突出优势，被认为是今后在大规模储能领域可能替代锂离子电池的最佳候选。然而，与锂元素相比，钠元素的相对原子质量较高，导致其理论比容量偏低；同时Na+半径比Li+大(Na+半径：0.106nm，Li+半径：0.076nm)，使得Na+在电极材料中嵌入/脱嵌更难，造成电池的循环性能差，严重制约着钠离子电池的商业化应用。

目前，针对钠离子电池正极材料的研究已经取得了显著的进步，但对于负极材料的研究仍然有许多问题亟待解决。其中研究较多的包括石墨等。石墨虽然具有较高的储锂容量，但是其储钠能力很差，普遍认为是石墨的层间距(c.a.0.336nm)不适合Na+的嵌入所致。因此，如何进一步提高碳材料作为钠离子电池负极的比容量、倍率性能和循环性能，成为限制碳材料作为钠离子电池负极材料大规模应用的关键问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种比容量大、倍率性能和循环性能佳的钠离子电池负极材料的形成方法。

本发明提供一种钠离子电池负极材料的形成方法，包括：在氨水条件下，将碳纳米纤维、表面活性剂和正硅酸四乙酯按质量比1：5-8：8-10的比例搅拌均匀，常温下反应6小时至10小时，发生溶胶凝胶过程获取碳纤维-表面活性剂-介孔二氧化硅复合材料；将所述碳纤维-表面活性剂-介孔二氧化硅复合材料放置于过量的硝酸铵与乙醇溶液中浸泡16小时至20小时，发生离子交换过程去除复合材料内部的表面活性剂，得到碳纤维-介孔二氧化硅复合材料；将所述碳纤维-介孔二氧化硅复合材料与碳源、氮源、硫源按照质量比为1：5-9：3-7：3-7的比例，加入去离子水，调成混合溶液，均匀搅拌，放置于油浴装置中加热至100摄氏度至120摄氏度，保温3小时至4小时，进行溶剂蒸发过程获取碳纤维-含氮硫碳源-介孔二氧化硅复合材料；所述碳纤维-含氮硫碳源-介孔二氧化硅复合材料在惰性气氛保护下加热至800摄氏度至1000摄氏度并保温2小时至3小时；然后用过量的0.1摩尔/升的氢氟酸溶液除去所述碳纤维-含氮硫碳源-介孔二氧化硅复合材料内部的二氧化硅模板；过滤、洗涤，100摄氏度至120摄氏度下真空干燥，获得同轴电缆结构的碳纤维-氮硫共掺杂介孔碳复合材料。

所述碳纳米纤维的直径为50纳米至150纳米。

可选的，所述碳源物质为葡萄糖、蔗糖、果糖、纤维素、淀粉中的一种或者几种。

可选的，所述氮源物质为乙二胺、苯胺、尿素、三聚氰胺、双氰胺、正丙胺、N-甲基-N-乙基苯、吡啶、吡咯中的一种或者几种。