[发明专利]电池负极材料和钠离子电池及其制备方法

说明书

本申请公开了一种电池负极材料，所述材料为三维有序多孔碳限制Co₉S₈量子点的复合材料，其中，量子点大小的Co₉S₈被限制在碳层中，形成三维有序的多孔结构。本申请还公开了所述电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：1)获得SiO₂模板球；2)获得前驱体油酸钴；3)将所述SiO₂模板球和所述前驱体油酸钴与硫脲和油胺混合并煅烧；4)使用步骤3)中煅烧后的混合物在室温下刻蚀二氧化硅模板得到复合材料。本发明还公开了一种钠离子电池以及所述钠离子电池的制备方法。

技术领域

本申请涉及一种电池负极材料和一种钠离子电池及其制备方法，属于钠离子电池材料领域领域。

背景技术

锂离子电池的应用已经从便捷式电子设备应用发展到大容量、大功率的电动自行车、电动汽车、绿色电网等方面的使用。但同时锂资源必将面临短缺问题，再加上锂价格昂贵且地壳中含量少，这对于发展大规模储能的长寿命储能电池来说，可能会成为一个重要问题。鉴于此，科学家们迫切需要开发具有低成本且性能优异的新型长寿命储能器件。相较于锂元素，同一主族的金属钠元素具有相似的理化性质，并且还具有资源丰富、价格低廉以及分布广泛等优势，因此面对可再生能源储能应用的大规模需求，钠离子电池得到人们的密切关注。然而，钠离子质量较重且半径(0.102nm)比锂(0.069nm)大，这不仅会导致钠离子在电极材料中嵌入与脱出更难，而且还会使得钠离子在嵌入反应过程中容易造成活性材料的结构发生破坏，影响电池的循环稳定性能。因此，开发具有高比容量和长循环寿命是钠离子电池最主要的研究方向。

最近，金属硫化物硫化钴如CoS、CoS₂、Co₃S₄和Co₉S₈等在锂离子电池领域受到了人们的广泛关注，这得益于它们的高理论比容量。然而Co₉S₈在钠离子电池中研究的很少，可能是因为钠离子直径比锂离子更大，从而导致在与Co₉S₈发生合金化反应时所造成的体积膨胀更大，产生萧条的扩散动力学，由此使得比容量快速衰减，限制了它的实际应用。因此，如何通过简单经济的方法改善Co₉S₈在钠离子电池的稳定性，从而获得优异性能的Co₉S₈钠离子电池负极材料显得至关重要，这也是当前研究的难点问题。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种电池负极材料，所述材料为三维有序多孔碳限制Co₉S₈量子点的复合材料，其中，量子点大小的Co₉S₈被限制在碳层中，形成三维有序的多孔结构。

所述材料为粒径100～300nm的球形。

本发明的电池负极材料通过将量子点大小的Co₉S₈限制在碳层中并且构筑成三维有序的多孔结构，组成的三维多孔结构不仅改善Co₉S₈的导电性，获得优异的倍率性能，而且为Co₉S₈在循环过程中所产生的体积膨胀提供有效的缓冲空间，获得良好的循环稳定性能；另外，三维多孔结构有利于电解液渗透到电极里面，大大缩减了钠离子的扩散路径，可以与更多的Co₉S₈活性材料接触，为高的比容量提供保证，由此大大改善了其作为钠离子电池负极材料的电化学性能。

根据本申请的另一个方面，提供了所述电池负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)获得SiO₂模板球；

2)获得前驱体油酸钴；

3)将所述SiO₂模板球和所述前驱体油酸钴与硫脲和油胺混合并煅烧；