[发明专利]一种新型钠电负极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种新型钠电负极材料的制备方法，包括如下步骤：称取可溶性锌盐溶于甲醇溶液中，快速加入到溶有有机配体的甲醇溶液中，静置然后离心收集底部的白色沉淀，得到金属有机骨架；将金属有机骨架溶于甲醇溶液中，再加入三氮唑，搅拌均匀后静置，然后离心收集链交换产物；对链交换产物进行煅烧，冷却后放入盐酸溶液中浸泡，最后在真空干燥箱内烘干收集，得到用于新型钠电负极材料的氮掺杂的多孔碳材料。本发明用可溶性锌盐和咪唑类有机配体合成ZIF‑8，然后通过溶剂链交换的方法制备了EZIF‑8，最后高温碳化，制备的多孔碳材料由于同时含有微孔，介孔和大孔，作为电池负极材料时循环稳定性能要远优于单一孔径结构的多孔碳。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种新型钠电负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因为具有高能量密度，长使用寿命以及环境友好等优点而受到广泛关注。但是随着电动汽车以及储能电站的的大规模应用，对锂资源的需求量也大大增加。锂资源短缺和分布不均的问题也开始显现出来，成了制约锂离子电池发展的一个瓶颈问题。因此开发出更廉价和性能更优良的电池体系是当前的主要任务。钠电与锂电相比具有如下优势：第一，钠元素分布广泛，价格低廉，提取过程简单。第二，钠离子电池的电势相较于锂离子电池高0.3V左右，因此具有分解电势更低的电解液系统可以在钠离子电池当中应用。

钠离子电池的负极材料要求具有低放电电位，导电性好，无污染以及结构稳定等特点。但当前开发出来的钠离子电池的负极材料还远远未达到生产的要求，主要存在的问题是负极材料在充放电中有较大的体积膨胀，会造成循环恶化；此外，导电性差是钠离子电池的负极材料的另一个需攻克的难题，导电性差往往导致电池的倍率性能欠佳。

当前，钠离子电池的负极材料主要包括合金材料，碳材料，金属氧化物和金属硫化物等。其中，合金材料作为钠电负极会产生巨大的体积膨胀现象，这不利于负极材料稳定性的提高。对于金属氧(硫)化物而言，其比容量较高，但导电性不好，体积膨胀大，不利于循环稳定性的提高。碳材料因为具有合成方法简单，价格低廉，前驱体来源广泛等优点被认为是非常有前景钠电负极材料。但是碳材料也具有比容量较低，以及循环不稳定等缺点，随着循环次数的增加其比容量有所衰减。

CN201711206863提供一种钠离子电池负极材料的制备方法，在氨水条件下，将碳纳米纤维、表面活性剂和正硅酸四乙酯发生溶胶凝胶过程获取复合材料，然后放置于过量的硝酸铵与乙醇溶液中并蒸发溶剂得到碳纤维-含氮硫碳源-介孔二氧化硅复合材料；去除二氧化硅模板，过滤、洗涤，获得碳纤维-氮硫掺杂介孔碳复合材料。但该方法制备过程中引入的化学试剂太多，蒸发溶剂也会造成环境污染，制备效率低下，产率不高，无法大规模生产。且除去二氧化硅模板时难度大，耗时费力，使用表面活性剂制备碳源，价格高，由于引入二氧化硅做模板，生成的孔径结构较单一。

金属有机骨架化合物(MOFs)是近二十年来配位化学迅速发展的一个方向。MOFs是由无机金属离子与有机配体通过自组装相互链接而成的具有周期网络结构的晶态多孔材料。MOFs具有高孔隙率，比表面积大等优势，目前在催化剂、储氢、膜分离等领域有重要的应用。

发明内容

本申请为了克服碳材料比容量较低和循环不稳定的缺点，应用金属有机骨架的合成技术，以金属有机骨架材料并作为前驱体制备一种氮掺杂的多孔碳材料。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现。

一种新型钠电负极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、合成金属有机骨架(ZIF-8)：称取可溶性锌盐溶于甲醇溶液中，然后快速加入到溶有有机配体的甲醇溶液中，静置一段时间后离心收集底部的白色沉淀，得到以Zn²⁺为配位中心的金属有机骨架，所述有机配体是含氮杂环类化合物；

步骤二、溶剂链交换：将金属有机骨架溶于甲醇溶液中，然后再加入三氮唑，在搅拌均匀后静置一段时间，然后离心收集链交换产物(EZIF-8)；