[发明专利]一种钠离子电池负极及制备方法与钠离子电池

说明书

本发明公开一种钠离子电池负极及其制备方法与钠离子电池，其中，方法包括步骤：采用化学气相沉积法，在碳纸上生长SnO₂纳米线；采用水热法，在SnO₂纳米线的表面包覆BaTiO₃，得到BaTiO₃@SnO₂材料；采用原位聚合的方式，在BaTiO₃@SnO₂表面包覆聚合物前驱体，继而碳化得到生长在碳纸上的C@BaTiO₃@SnO₂，裁成极片作为钠离子电池负极；或者在BaTiO₃@SnO₂表面包覆葡萄糖，继而碳化得到生长在碳纸上的C@BaTiO₃@SnO₂，裁成极片作为钠离子电池负极。本发明所述钠离子电池负极具有优秀的电化学性能，比容量高、倍率性能好、长期循环稳定。

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种钠离子电池负极及制备方法与钠离子电池。

背景技术

随着化石能源的过度消耗造成的环境问题日益突出，具有清洁可再生属性的化学电池正在逐渐成为一种主流的能源供应模式。锂离子电池由于其出色的性能，包括高质量比容量、高能量密度、高功率密度、循环寿命强、储能效率高等优势，地广泛应 车等。但是由于其资源有限、全球分布不均匀、开采难度大等问题，使得锂离子电池不能满足未来大规模储能对于化学电源的要求，日益攀升的价格会最终导致锂离子电池难以为继。

钠离子电池在上世纪80年代先于锂离子电池被系统地研究，但是由于锂离子电池更出色的电化学性能，使得钠离子电池暂时失去了理论研究和工业化应用的价值。钠离子电池拥有和锂离子电池相似的工作机理，都是通过锂离子/钠离子在正负极之间的迁入/脱出获得电流。相比于锂资源短缺的问题，钠资源较为丰富地多，海水中几乎有取之不尽的钠资源。在锂离子电池价格逐渐攀升的背景下，钠离子电池由于其资源优势，有望取代锂离子电池成为下一代广泛应用的储能模式，尤其适用于大规模储能装置中。但是相比于锂离子，钠离子的离子半径较之大55%，这就导致了钠离子电池在电化学性能上表现较差的问题。更严重地，传统的商业化的锂离子电池的负极材料石墨无法有效地脱嵌钠离子。钠离子电池领域有必要开发出一种全新的负极材料，该材料需要拥有比容量高、能量密度大、功率密度大、价格低廉等优势，进而满足未来大规模储能、电动汽车、便携式电子设备对于高品质化学电源的庞大需求。

近年来，由于高比容量、低廉的成本，储钠电位较低等优势，合金类材料（如红磷、锡、锗、铋等）成为一类很有前景的负极材料，有望助力实现钠离子电池的商业化应用。合金类材料的金属氧化物，如SnO₂，可以先和钠离子反应还原为Sn金属，然后Sn金属继续与钠离子进行合金化反应，最终生成Na₁₅Sn₄，获得667 mAh·g^-1的理论容量。但是，SnO₂存在如下缺陷：导电性差、钠离子传输动力学慢、由于第一步还原反应的不可逆性导致的本质固有的较低的首次库伦效率，以及第二步合金化反应造成的巨大的体积膨胀。目前改善上述缺陷的方案主要集中于采用价格低廉的碳材料包覆来提升材料整体的导电性、以及缓解SnO₂的体积膨胀；或者更有效地，采用硫化的方式将SnO₂硫化形成SnS₂或SnS，从而提升材料的导电性。就钠离子传输动力学较慢的问题，传统的解决方法多采用进行结构优化设计的方式提升钠离子传输动力学，如采用纳米线或者制备多孔材料来提供钠离子扩散通道、缩短钠离子传输路径。虽然这样的方案获得了不错的效果，但很少有研究可以一次性解决多个缺陷，比如既提升材料的导电性，又抑制了材料的体积膨胀，同时还大幅度提升钠离子扩散动力学。而且，目前很少有研究通过加入功能性材料的方式来改善SnO₂负极材料的钠离子扩散动力学较慢的问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容