[发明专利]多触点核壳空腔结构钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种多触点核壳空腔结构钠离子电池负极材料及其制备方法，该多触点核壳空腔结构钠离子电池负极材料为石墨烯/碳/二氧化锡核壳空腔结构纳米复合材料，其核层为二氧化锡多孔纳米球，外壳为石墨烯纳米片，核层与外壳之间通过碳纳米带多触点连接。其制备方法为：制备二氧化锡纳米球，在其表面依次包覆一层二氧化硅和一层聚多巴胺；所得产物与聚乙烯醇和氧化石墨烯水溶液共混，于50～70℃下连续搅拌8～12h后滴入模具中，冷冻成型后脱模、得到样品，将样品冻干、热处理；所得产物置于50～70℃的氢氧化钠水溶液中搅拌8～12h即得。该材料用作钠离子电池负极时，由于其优异的结构特性，显示出超高的比容量，卓越的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法，特别涉及一种多触点核壳空腔结构钠离子电池负极材料及其制备方法，属于纳米复合材料制备的技术领域。

背景技术

目前锂离子电池已成为手机、笔记本电脑等便携式设备的主要电源，而且随着电动汽车等大规模储能设备的迅速发展，对锂离子电池的需求量将越来越大。然而，由于锂资源相对匮乏，导致锂离子电池的成本居高不下，严重制约了它的实际应用。近年来，用钠离子电池替代锂离子电池已经成为一种趋势，这是因为钠资源十分丰富，钠离子电池的成本相对锂离子电池低得多，因此，钠离子电池具有良好的应用前景。不过，钠离子的半径相比锂离子要大得多，传统的锂离子电池负极材料难以有效地储存钠离子，这就促使人们寻找能够有效储存钠离子的高性能电极材料，尤其是负极材料。

二氧化锡由于其较高的理论储钠容量(1398mAh/g)、较低的成本以及无毒等优点被认为是最有希望的钠离子电池负极材料之一。尽管二氧化锡具有上述优势，但是由于其在循环过程中的产生的巨大体积变化，导致电极粉化、容量下降以及在电极表面形成不稳定的固态电解质(SEI)膜，这些问题影响了二氧化锡的实际应用。为了缓解二氧化锡在循环过程中的体积变化，提高SEI膜的稳定性，用二氧化锡和碳材料构建核壳空腔结构是一种有效手段，因为这种结构内部的空腔为二氧化锡的体积膨胀提供了充足的空间，能够缓解二氧化锡的体积变化，而且外部的碳壳能阻止电解液与二氧化锡直接接触，避免了形成不稳定的SEI膜。但是，在传统的核壳空腔结构中，核和壳之间一般是单点接触的，这极大地的限制了电子和钠离子在其结构内部和外部之间的传输效率，而且其结构中缺少连续的导电网络也是限制材料性能发挥的重要因素。

发明内容

发明目的：针对现有技术中钠离子电池负极材料存在的二氧化锡容量衰减较快、导电传输效率低等问题，本发明提供一种多触点核壳空腔结构钠离子电池负极材料，还提供了该钠离子电池负极材料的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种多触点核壳空腔结构钠离子电池负极材料，为石墨烯/碳/二氧化锡核壳空腔结构纳米复合材料，其中，核层为二氧化锡多孔纳米球，外壳为石墨烯纳米片，核层与外壳之间通过碳纳米带多触点连接。

本发明所述的一种多触点核壳空腔结构钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)水热法制备二氧化锡纳米球；

(2)在二氧化锡纳米球表面依次包覆一层二氧化硅和一层聚多巴胺；

(3)将步骤(2)所得产物与聚乙烯醇和氧化石墨烯水溶液共混，于50～70℃下连续搅拌8～12h，将搅拌均匀的溶液滴入模具中，冷冻成型后脱模、得到样品，将样品冻干后进行热处理；

(4)将步骤(3)所得产物置于50～70℃的氢氧化钠水溶液中搅拌8～12h，得到多触点核壳空腔结构的石墨烯/碳/二氧化锡纳米复合材料钠离子电池负极材料。

具体的，步骤(1)中，将质量比为2:1～3:1的葡萄糖和锡酸钾加入去离子水中，所得混合溶液超声处理0.5～1.5h后装入水热反应釜中、密封、置于干燥箱中160～180℃下水热反应4～8h，反应结束后将产物离心、洗净后于60～80℃下真空干燥8～12h，然后将干燥后的样品在空气氛围中于500～600℃下热处理2～4h，得到二氧化锡纳米球。