[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及其制备方法，具体步骤包括：配制N，N‑二甲基甲酰胺、甲醇、苯二甲酸的混合溶剂，超声后加入钛酸四丁酯，继续超声处理，置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在120～150℃反应24～48h，制得金属有机骨架材料MIL‑125(Ti)；将金属有机骨架材料MIL‑125(Ti)置于管式炉中，在氩气气氛下缓慢升温至500～800℃，升温完成后在保持氩气气氛的条件下通入氢气，混合气氛下保温处理后随炉冷却制得到Ti‑TiO‑TiO₂‑C复合材料。采用本发明方法制得的碳材料具有密度低、导电性能强、稳定性高等特点，提升钠离子电池的电化学性能并具有优异循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明的技术方案涉及一种钠离子电池负极材料的制备方法，具体涉及一种成分为Ti-TiO-TiO₂-C复合物的钠离子电池负极材料及其制备方法，属于材料化学领域。

背景技术

随着社会的发展和人口数量的持续增加，全球的能源需求不断提高，大力开发和利用可再生能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能等，逐步摆脱人类对化石能源的依赖，是推动社会可持续发展的唯一可能途径。在目前储能体系中，化学储能电池由于具有灵活性、高效率和无地域限制，是最有希望的大规模储能装置。在众多二次电池中，锂离子电池的发展迅速，因其具备能量密度高、功率密度大、倍率性能好和便携性等优点，被广泛应用于很多领域。同时，锂资源的局限性势必会限制锂离子电池的发展。因此，研究开发新的二次电池体系势在必行，钠离子电池有望成为下一代大型广泛应用的二次电池。与其他二次电池相比，钠离子电池具有以下优点：1、钠储量丰富，为钠离子电池的发展奠定基础；2、与锂离子电池原理类似，可以借鉴锂离子电池现有成果。

但钠离子电池负极电压高和钠离子半径大等问题，给高效钠离子电池的开发提出了很多难题。电极材料决定着电池的容量、工作电压和循环寿命等重要的参数。虽然钠离子电池中的反应机制与锂离子电池中相似，然而，钠离子比锂离子要大55％左右，钠离子在相同结构材料中的嵌入和扩散往往都相对困难，同时嵌入后材料的结构变化会更大，因而电极材料的比容量、动力学性能和循环性能等都相应地变差。

过渡金属氧化物负极材料具有较高容量、安全性好等优点早已被广泛研究作为储锂材料。该类型材料也可以作为有潜力的钠离子电池负极材料。钛基氧化物具有资源丰富、价格低廉、环境友好的优点，同时在Na⁺脱嵌前后体积应变很小，具有良好的循环稳定性，而且抗过充性能、热稳定性能和安全性都较为优异。

发明内容

本发明针对现有钠离子电池比容量低，循环稳定性差等问题，提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法。先制备金属有机骨架材料MIL-125，而后在将其碳化的过程中通入氢气氩气混合气体，从而获得Ti-TiO-TiO₂-C复合物作为钠离子电池负极材料。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种钠离子电池负极材料，具体的，所述负极材料为一种Ti-TiO-TiO₂-C复合材料，是采用金属有机骨架材料MIL-125为原料，通过在氢气和氩气混合气氛下进行高温碳化制备而得。

一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备金属有机骨架材料MIL-125：

量取适量N，N-二甲基甲酰胺、甲醇5～10mL，混合均匀，将苯二甲酸上述溶于混合溶剂中，超声30～60分钟，再加入钛酸四丁酯，超声30～60分钟，随后将上述溶液置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在120～150℃反应24～48h；反应完成后随炉冷却至室温，离心收集产物，并用去离子水反复洗涤三次，真空干燥洗涤产物，即得金属有机骨架材料MIL-125。

（2）制备Ti-TiO-TiO₂-C复合材料：