[发明专利]一种钠离子电池负极材料

说明书

本发明公开了一种钠离子电池负极材料，所述负极材料包括核结构和壳结构，所述核结构为双金属MOF，所述壳结构为氮掺杂的碳材料。其制备方法包括将4,4`,4``,4```‑(1,4‑亚苯基双(吡啶‑4,2,6‑三基))‑四苯甲酸、硝酸铟和硝酸锡加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入硝酸溶液，移入高压反应釜中，在80～90℃下反应，冷却，过滤得到双金属MOF(InSn)；然后加入到混合溶液中，加入间苯二酚和甲醛，滴加碱性溶液调节pH值，搅拌，移入高压反应釜中，在100～115℃下反应，冷却，用蒸馏水洗涤3次，真空干燥，得到MOF(InSn)@pf；将MOF(InSn)@pf和五氧化二磷混合均匀，然后放置在管式炉中，通入混合气体，以升温速率为0.6～0.9℃/min升至320～350℃，并在该温度下保温0.5～2h，冷却，研磨，得到所述负极材料。

技术领域

本发明属于钠离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种钠离子电池负极材料

背景技术

随着锂资源的不断消耗，锂离子电池成本价格也在不断飙升。因此考虑到未来可持续发展，开发新型廉价的储能电池势在必行。由于钠元素与锂元素均属碱金属元素，物理化学性质相似且钠资源来源丰富，所以科学家们希望能够借鉴锂离子电池的技术发展下一代的钠离子电池。另外，地球上可用锂资源的不断减少，目前力资源的价格要远远高于钠资源，因此钠离子电池作为下一代新型二次电池成为研究者们的研究重点。

目前，针对钠离子电池正极材料的研究已经取得了显著的进步，但对于负极材料的研究仍然有许多问题亟待解决。而钠离子电池负极材料的研究主要集中在碳材料、合金类材料、过渡金属氧化物和硫化物、有机化合物四类。在碳材料当中，研究较多的包括石墨等。石墨虽然具有较高的储锂容量，但是其储钠能力很差，普遍认为是石墨的层间距(0.336nm)不适合Na⁺的嵌入所致。而有机化合物种类繁多，结构复杂，因此寻找合适的有机物作为钠离子电池的负极材料也会是一种有效地途径。

发明内容

针对以上现有技术中钠离子电池碳基负极材料储钠能力差，进而导致其钠离子电池放电比容量低，循环稳定性差的问题，本发明的目的是提供一种钠离子电池负极材料，所述负极材料包括核结构和壳结构，所述核结构为双金属MOF，所述壳结构为氮掺杂的碳材料。

进一步地，所述负极材料包括核结构和壳结构，所述核结构双金属MOF中的金属为铟和锡，所述壳结构的氮掺杂的碳材料为酚醛树脂。

所述负极材料的制备方法包括以下步骤：

S1：将4,4`,4``,4```-(1,4-亚苯基双(吡啶-4,2,6-三基))-四苯甲酸、硝酸铟和硝酸锡加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入硝酸溶液，搅拌5～10min后移入高压反应釜中，在80～90℃下反应20～30h，冷却，过滤得到双金属MOF(InSn)。

S2：将上述步骤S1中的双金属MOF(InSn)加入到混合溶液中，然后加入间苯二酚和甲醛，滴加碱性溶液调节pH值，搅拌反应3.5～7h，然后移入高压反应釜中，在100～115℃下反应22～26h，冷却，用蒸馏水洗涤3次，真空干燥，得到MOF(InSn)@pf。

S3：将MOF(InSn)@pf和五氧化二磷混合均匀，然后放置在管式炉中，通入混合气体，以升温速率为0.6～0.9℃/min升至320～350℃，并在该温度下保温0.5～2h，冷却，研磨，得到所述负极材料。

作为优选方案，上述所述的4,4`,4``,4```-(1,4-亚苯基双(吡啶-4,2,6-三基))-四苯甲酸、硝酸铟和硝酸锡和N,N-二甲基甲酰胺的质量体积比为(0.008～0.036)g:(0.02～0.05)g:(0.015～0.046)g:(30～45)mL。

作为优选方案，上述所述的硝酸溶液的摩尔浓度为2～3mol/L；所述硝酸溶液和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为(3.3～4):(0.5～0.7)。