[发明专利]一种钠离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种钠离子电池负极材料的制备方法。所述制备方法包括：步骤1，制备ZIF‑67纳米粉体，步骤2，利用喷雾干燥技术制备得到ZIF67@GO微球，步骤3，碳化得到空心的ZIF67@rGO复合材料。所述方法工艺简单，操作方便，制备得到的空心ZIF67@rGO材料，具有粒径尺寸小、分布均匀，导电性能高的特点，用作钠离子电池负极材料，克服了现有钠离子电池负极材料体积膨胀严重，电化学性能下降明显等问题。

技术领域

本发明涉及钠离子电池负极材料的制备方法，更具体地涉及一种新型钠离子电池负极材料的制备方法，是材料化学领域。

背景技术

随着世界经济飞速发展，诸如太阳能、风能、潮汐能等可再生能源的开发和使用受到越来越多的关注。绿色能源的开发利用需要更好的能源储存和转换设备，而锂离子电池正是里面的佼佼者。但是地壳中所蕴含的锂资源是有限的，随着锂离子电池的发展，锂资源被大规模的开发利用在便携式电子设备和电子动力汽车上。锂离子资源的有限性与未来锂离子电池发展的巨大需求之间存在严重的矛盾。从国家战略储备上分析，地球上的锂资源分布是不均匀的，锂资源主要分布在南美，而我国的锂含量却非常少，对我国的战略储备是非常不利的。种种条件都使我国在未来使用、发展大规模的锂电池储能受到极大的制约。然而，钠离子的化学性质跟锂离子的化学性质相近，因此，钠离子二次电池或将成为锂离子电池的替代者。由于钠离子质量比锂离子大，半径也比锂离子大，因此钠离子的能量密度没有锂离子的能量密度高，使得钠离子电池的发展处于不利地位。但是需要使用到大能量密度和体积密度的电子设备很少，除了电动汽车外，钠离子电池基本都能满足使用要求，因此钠离子的实际应用是有很大潜能的。不管是钠离子还是锂离子，它们的工作原理是相同的，都是选用可以可逆的嵌入和脱出锂离子或者钠离子的材料来作为电池正极或者负极。同时，钠离子电池也有很多优点是锂离子电池所不能及的。首先，锂元素在地壳中的含量仅仅为0.002%，而钠元素在地壳中的含量却高达 2.83%，含量比锂高了一千四百多倍，并且钠的分布均匀，地区局限性小，容易获取，因而钠原料的价格比锂原料的价格低很多，从而使电池的生产成本骤降。另外，钠离子电池的半电池电位比锂的高出很多，所以钠离子电池可以使用安全性更好、分解电压更低的电解液。电池行业的继续发展必须满足、绿色、对环境无污染、安全可靠的条件，而钠离子电池作为新型储能电池正接收实际的考验。

钠离子负极材料的选择跟锂离子负极材料的选择相似，可作为钠离子电池负极的材料有：碳基负极材料、合金类负极材料、氧化物与硫化物负极材料、有机分子化合物等，都要求充放电过程中钠离子的嵌入和脱出使电极材料的结构变化尽可能的小，以保证电池拥有良好的循环稳定性；并且要求电极材料能够很好的跟电解液兼容，不与电解液发生反应，在电解液中化学稳定性好。钠离子在石墨中的嵌入量非常少，比容量极低(35 mA h g^-1)，这大概是因为石墨之间的层间距小于钠离子的直径，导致钠离子难以嵌入石墨。合金材料，例如硅基、锡基材料在锂离子电池中运用很广泛，同样也适用于钠离子电池，例如钠可以嵌入锡复合形成 Na₁₅Sn₄化合物，但是形成该化合物时材料的体积膨胀非常严重，甚至导致电极破碎、粉化，使得电化学性能迅速下降，因此，循环稳定性难以解决。为了解决体积的巨大膨胀带来的负面影响，研究者从材料的制备方法入手，通过构建特殊结构的纳米材料、包覆或者掺入其他可以缓冲充放电过程中体积膨胀的材料，因此体积膨胀问题有所改善。

金属有机框架（MOFs）材料是一种由金属簇和有机配位体通过配位键形成的立体网络结构的多孔晶体材料，孔径大小可以由有机配体的大小来调控。超大的比表面和有机无机杂化的特性使其在气体存储、催化、化学传感方面存在很大的潜在价值。另外，可以通过调控MOF结构中的金属离子和有机配体实现其在储能领域（锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池）的应用。但MOFs材料通常导电性较差，这使得其在用作钠离子电极材料时性能受到了一定限制，多数情况下并不能达到预期的效果。

发明内容