[发明专利]一种钠离子电池的碳包覆量子点合金负极材料及制备方法

说明书

本发明属于钠离子电池的技术领域，提供了一种钠离子电池的碳包覆量子点合金负极材料及制备方法。该方法通过以铁源、氯化锑和锑的混合粉末进行混合球磨，然后在石英管内进行真空热处理，使铁源碳化，并与锑形成合金，制得碳包覆铁锑合金的负极材料。与传统方法相比，本发明的制备的负极材料，用于钠离子电池使用过程中，可有效抑制负极材料的体积形变，可在大电流充放电过程中保持结构的稳定，并且可抑制杂质气体对负极材料的影响，提高了负极材料的循环稳定性，可广泛用于钠离子电池领域。

技术领域

本发明属于钠离子电池的技术领域，提供了一种钠离子电池的碳包覆量子点合金负极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池被认为是至今最成功和成熟的能量储存装置。起初因为高能和安全被广泛研究，同时作为电车的可选电源。配备大量锂电池作为电源的电车已经慢慢占领电动市场，将来有望减少对化石燃料的依赖性。但是必要元素锂广泛分布在地壳，来源不够充足，且锂材料的价格在近年来迅速上升。恰恰相反，钠元素广泛存在于海盐中，来源丰富，化学性质与锂相似，因此在电池领域受到关注。

钠离子电池具有与锂离子电池相同的工作原理，相比锂离子电池性能稍有不足，但钠及其衍生物具有提取简单、含量丰富的巨大优势，可以作为锂离子电池的下位产品。钠离子电池的研究开发在一定程度上可缓和因锂资源短缺引发的电池发展受限问题。若在此基础上研制出性能优良、安全稳定的材料，钠离子电池将拥有比锂电池更大的市场竞争优势。

在钠离子电池中，正极脱离的钠离子的半径为1.06Å，比半径为0.79Å的锂离子体积更大，在传统石墨负极中脱嵌容易造成其层状结构的破坏，使负极材料粉化，因此，钠离子电池主要的障碍在于合适的负电极。目前的主要研究方向为使用非石墨化碳、金属氧化物、金属硫化物、金属单质或合金作为负极材料。金属单质或合金作为负极材料应用在钠离子电池中，具有导电性好、容量密度高的优势。

目前国内外在钠离子电池技术，尤其是钠离子电池负极材料方面已取得了一定成效。其中王红等人发明了一种钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池（中国发明专利申请号201610130461.X），包括如下步骤：在还原性气氛下，将前驱体烧结后，冷却，即得；前驱体是通过将含有石墨烯、二氧化钛、锡盐和铜盐的混合液，与沉淀剂混合反应获得的固体；锡元素、铜元素和钛元素的摩尔比为x:(1~x):1，0<x≤0.5；该发明的制备方法简便，制得的材料，各原料组分之间相互协同，不仅有效的降低了锡铜颗粒的团聚效应，抑制了在放电过程中锡与钠形成合金的体积效应；而且可兼顾材料的循环性能、稳定性、电导率以及充放电容量。另外，吴平等人发明了一种原位包覆碳导电剂的锡镍合金的制备方法及其作为钠离子电池负极材料的应用（中国发明专利申请号201610105963.7），将四氯化锡和镍氰化钾分别溶解在分散了碳导电剂的水溶液中，再将四氯化锡和镍氰化钾的水溶液混合，形成原位固定碳导电剂的Sn(IV)–Ni(II)氰基配位聚合物水凝胶；以上述复合水凝胶体系为前驱体，向其中加入硼氢化钠为还原剂，反应0.1~24h，将产物洗涤并干燥，得到所述的原位包覆碳导电剂的锡镍合金。

可见，现有技术中的用于钠离子电池的金属单质或合金作为负极材料，其在大电流充放电下负极合金易会出现体积膨胀、粉化，进而影响钠离子电池的电学性能和使用寿命。

发明内容

针对这种情况，我们提出一种钠离子电池的碳包覆量子点合金负极材料及制备方法，可有效抑制负极材料在大电流工作下体积形变的问题，提高负极材料的循环稳定性。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种钠离子电池的碳包覆量子点合金负极材料的制备方法，通过以铁源、氯化锑和锑的混合粉末进行混合球磨，然后在石英管内进行真空热处理，使铁源碳化，并与锑形成合金，制得碳包覆铁锑合金的负极材料，制备的具体步骤如下：

（1）将铁源与氯化锑和锑的混合粉末加入球磨机中，在磁场作用下进行混合球磨，制得混合粉末；