[发明专利]稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料及其制备方法及应用其的钠离子电池

说明书

一种稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料，比表面积大于20m²g^‑1。稳定组分修饰碳负极材料，所述稳定组分与碳负极材料有化学键，该化学键处于碳负极材料缺陷位，稳定组分质量为所述高比表面积碳负极材料总质量的0.1wt％～20.2wt％。本发明还提供所述稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料的制备方法，以及应用稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料的钠离子电池。

技术领域

发明涉及钠离子电池材料领域，尤其涉及稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料及其制备方法及应用其的钠离子电池。

背景技术

进入21世纪以来，化石能源短缺和环境污染问题愈加严重，这些问题在国内也引起社会上下的关注，开发可再生的绿色环保新能源的任务已经十分紧迫。锂离子电池由于高能量密度、优秀的循环性能等优势已应用于数码产品和电动汽车，但是锂元素储量低且分布严重不均，锂资源的匮乏和开发的高成本制约了其应用与大规模储能。因此，解决未来大规模储能的必然出路是发展资源丰富、成本低廉的先进离子电池体系。钠与锂是同一主族的元素，物化性质相似，离子电池行为类似，且钠元素具有储量充沛，分布广泛，提取成本低廉等优势。从资源和环保等方面考虑，钠离子电池具有低成本的优势，以钠离子电池作为大规模储能领域的新型储能设备极具发展潜力。但，目前可供钠离子电池选择的正负极材料体系非常有限，性能优异的负极材料的缺失严重制约钠离子电池的产业化。研究循环性能可靠、库伦效率优异的负极材料已成为钠离子电池领域的研究热点。

在现有技术中，碳基材料常作为钠离子电池的负极材料，但各类碳基材料，如硬碳、软碳、石墨烯、多孔碳，皆存在表面碳缺陷多等问题，大大影响了材料的首次库伦效率和循环稳定性。如何克服上述缺陷是本领域技术人员需要考虑的。

发明内容

一种稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料，所述稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料的比表面积大于5m²g^-1，所述稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料包括稳定组分和碳负极材料，所述稳定组分修饰所述碳负极材料的缺陷，所述稳定组分与所述碳负极材料通过化学键结合，化学键位于所述碳负极材料缺陷位上，所述稳定组分质量为所述稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料总质量的0.1wt％～20.2wt％。

于一实施例中，所述稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料的比表面积大于20m²g^-1。

于一实施例中，所述碳负极材料包括石墨烯、石墨烯宏观体、硬碳、软碳或多孔碳中的至少一种。

于一实施例中，所述稳定组分包括金属氧化物、金属硫化物或金属硒化物中的至少一种。

于一实施例中，所述稳定组分中的金属氧化物包括氧化铝、氧化钛、氧化锡、氧化铜、氧化银中的至少一种，所述稳定组分中的金属硫化物包括硫化锡、二硫化钴、二硫化钼中的至少一种，所述稳定组分中的金属硒化物包括二硒化钴、硒化锌中的至少一种，所述稳定组分的质量为所述稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料总质量的2wt％～10wt％。

于一实施例中，所述碳负极材料的缺陷包括单空位缺陷、多空位缺陷、官能团、异质原子取代缺陷、碳边缘缺陷、位错中的至少一种。

一种稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

将稳定剂前驱体加入包括无水乙醇与水的混合溶剂中得到一混合液，将负极前驱体加入所述混合液中获得一混合物，对所述混合物进行搅拌、静置后过滤以获得一中间产物；

在惰性气体气氛下将所述中间产物进行热处理，使得所述稳定剂前驱体中的金属离子与所述负极前驱体在所述负极前驱体的缺陷处以化学键的形式结合，得到稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料，所述稳定组分修饰的高比表面积碳负极材料的比表面积大于5m²g^-1。