[发明专利]一种钠离子电池锑碳负极材料及其制备、应用方法

说明书

本发明一种钠离子电池锑碳负极材料及其制备、应用方法，涉及钠离子电池负极材料技术领域。本发明将碳源溶解在甲醇溶液中，加入纳米五氧化二锑胶体溶液，搅拌均匀；在高温下进行喷雾干燥，收集粉末即得到前驱体材料；将上述驱体材料在5％氢氩混合气中，经高温煅烧，得到碳层包覆的锑碳负极材料。这类钠离子电池锑负极材料制备方法简单、快捷，安全，符合绿色合成要求。经过电化学测试可知新型的碳层包覆的锑碳负极材料在电池充放电过程中能有效的缓解电极材料体积变大，使得钠离子电池保持较高的比容量。特别锑负极材料极具应用于钠离子电池的潜力。本发明为开发资源丰富、成本低廉，开发高容量和高稳定性的储能电池体系提供坚实的技术物质基础。

技术领域

本发明涉及钠离子电池负极技术领域，具体指一种钠离子电池锑碳负极材料的合成方法和应用。

背景技术

随着新能源的不断开发和利用，大规模储能成为当今新能源技术发展的关键问题之一。无论是风能、太阳能等可再生能源的高效利用，还是基于电动车辆的未来清洁交通，均需要廉价高效的大规模储电作为技术支持。锂离子电池作为已经成功商业化的二次电池，已经广泛的应用于便携式电子产品、电动工具、轻量电动车等领域。但是，地球上的锂资源有限，将会限制锂电池在未来电动汽车及大规模储能领域的发展。因此，开发资源丰富、成本低廉的储能电池体系十分必要。

钠跟锂同属于第一主族，具有类似的化学性质，且钠资源在地球上储量丰富，提炼成本低廉。因此，钠离子电池体系在未来的大规模储能中具有良好的发展潜力和市场前景，开发高容量和高稳定性的储钠电极材料已成为当前研究的热点。

目前，关于钠离子电池正极材料已有一些容量高、循环稳定的报导，比如层状的Na_xMO₂(M＝Co、Fe、Mn、V等)、橄榄石型的NaFePO₄等。但是，关于高容量、高稳定性的钠离子电池负极材料的研究仍较少，钠离子电池负极材料仍面临一系列的挑战。金属锑作为钠离子电池的负极材料，具有理论比容量高(660mAh g^-1)，适宜的平台电位及导电性好等优点，被认为是具有良好应用前景的一类负极材料。但是，作为一种合金型的负极材料，金属锑在充放电过程中存在电极体积变化大，电极结构易破坏，进而导致电池容量急剧衰减等问题。针对以上问题，已经报道的提高锑负极性能的方法主要有两类：一是制备纳米化的金属锑或锑合金负极材料；虽然该方法在电池循环初期可以有效缓解电极的体积膨胀问题，但是随着循环的进行，金属和合金颗粒容易团聚，所制备的电池仍面临寿命短的问题；二是制备锑碳复合材料，碳基体的加入可以有效的抑制金属锑的体积膨胀，可以显著的解决电池循环稳定性差的问题。目前已经报道的锑碳复合负极材料的制备方法有球磨法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法、喷雾干燥法等等。其中球磨法、溶胶-凝胶法和静电纺丝法存在着制备材料不均匀、生产过程能耗高、产量小、操作过程复杂等问题，不利于大规模的工业化生产。近来，少量研究采用喷雾干燥的方法来制备锑碳复合电极材料。但是，上述报道中一般采用氯化锑的溶液作为前驱体，在喷雾干燥的过程中氯化锑容易团聚成为较大的颗粒，导致所制备的锑碳复合材料中金属锑颗粒大小不均一，充放电过程中容易发生电极的损坏和电池容量的衰减。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种高性能的锑碳复合负极材料的制备方法，本方法采用商品化的纳米五氧化二锑胶体溶液作为锑源，以甲醇体系溶液为前驱体，采用成熟的工业化的喷雾干燥技术，该操作过程简单，对生成设备要求较低，制备材料均匀性较好，为钠离子电池的推广提供一种可产业化的负极材料。

本发明的另一目的在于提供一种容量高、循环稳定性好的钠离子电池负极材料及钠离子电池。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钠离子电池锑碳负极材料的制备方法，包括以下具体步骤：

将碳源溶解在甲醇溶液中，加入纳米五氧化二锑胶体溶液，搅拌均匀；