[发明专利]一种新型钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型钠离子电池负极材料及其制备方法，首先将硫源、锡源和碳源溶于水中，得到混合溶液；再用泡沫材料吸附所述混合溶液后冷冻干燥，得到前驱体；然后将所述前驱体转移至微波反应器中，在惰性条件下微波辐照，获得中间产物；最后将所述中间产物与硒粉混合均匀，在惰性气体保护下高温处理，得到新型钠离子电池负极材料。本发明通过掺硒和脱硫增强了电池负极材料的活性，为钠离子在电池负极中的脱嵌提供了一定的预留空间，避免了电极负极材料因钠离子的脱嵌导致的体积膨胀和粉化，提高了钠离子电池负极材料的电化学性能和循环性能。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其设计一种新型钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

钠离子电池因其原料易得、价格低廉，成为锂离子电池的一种非常划算的替代品，其工作原理与锂离子电池类似，在充电时，Na+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，放电时正好相反，通过借助钠离子的转移来存储和释放电能。现有的钠离子负极材料主要集中在碳质材料、过渡金属及其合金类化合物等领域，例如硬碳、空心碳球、碳纤维等碳质材料以及Sn、SnO₂，Bi_0.94Sb_1.06S₃、Sb等金属/金属硫族化合物。然而，这些负极材料在电化学反应过程中体积变化较大，多次充放电后结构极易损坏，循环性能较差。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明旨在提供一种新型钠离子电池负极材料及其制备方法，用以解决现有技术中负极材料结构膨胀所致的电化学性能低下的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种新型钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将硫源、锡源和碳源溶于水中，得到混合溶液；步骤二，用泡沫材料吸附所述混合溶液后冷冻干燥，得到前驱体；步骤三，将所述前驱体转移至微波反应器中，在惰性条件下微波辐照，获得中间产物；步骤四，将所述中间产物与硒粉混合均匀，在惰性气体保护下高温处理，得到新型钠离子电池负极材料。

作为本发明改进的技术方案，步骤一中，所述硫源为水溶性硫酸盐、硫代硫酸钠中的其中一种。硫酸盐主要包括硫酸钠、硫酸钾、硫酸锂、硫酸镁、硫酸镍、硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸铝、硫酸铜中的一种或多种。所述锡源主要为水溶性锡盐，例如四氯化锡、甲基磺酸锡中的一种。所述碳源主要为水溶性有机碳源，例如蔗糖、葡萄糖、酚醛树脂、环氧树脂、琼脂、聚苯胺及聚吡咯中的一种或多种。

作为本发明改进的技术方案，硫源、锡源和碳源摩尔比为2～3：1：0.5～1.5，混合溶液中锡源的浓度为0.1～1mol/L。

作为本发明改进的技术方案，所述泡沫材料为三聚氰胺泡沫材料。

作为本发明改进的技术方案，步骤二中，所述冷冻干燥温度为-50～-30℃。

作为本发明改进的技术方案，步骤三中，在微波反应器中通入惰性气体至少30min后，再放入前驱体，所述微波辐照功率为800～1200W，时长为1～30min。

作为本发明改进的技术方案，步骤四中，所述中间产物与硒粉的质量比为10：0.1～1。

作为本发明改进的技术方案，步骤四中，所述中间产物与硒粉在氮气保护下以500～700℃保温4～6h，得到新型钠离子电池负极材料。

本发明还提供一种采用上述方法制成的新型钠离子电池负极材料。

有益效果