[發(fā)明專利]一種用于鈉離子電池的負極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410327532.6
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104103835B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 蔣凱;李威;王康麗;程時杰;文勁宇;王瑋
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 梁鵬

技術領域

本發(fā)明屬于鈉離子電池技術領域，具體涉及一種用于鈉離子電池的負極材料及其制備方法。?

背景技術

隨著社會生產力的提高，非再生化石能源的大量消耗以及環(huán)境問題日益嚴峻，發(fā)展清潔可再生能源的轉換和儲存逐漸成為人們研究的熱點。發(fā)展風能、太陽能、潮汐能等可再生能源發(fā)電技術，能夠有效緩解國民經濟發(fā)展過程中面臨的能源、資源、環(huán)境之間矛盾。然而風能、太陽能、潮汐能等可再生清潔能源發(fā)電具有不連續(xù)性和波動性，無法直接并入電網，需要利用儲能技術進行存儲后，再加以利用。在眾多儲能技術中，儲能電池其具有無污染運行、高能量效率、靈活的功率和能量特征以及長壽命、低維護等優(yōu)點而成為儲能技術研究和應用的熱點。在現(xiàn)有的儲能電池中，鋰離子電池由于具有高能量密度，高能量效率和長的循環(huán)壽命，成為便攜式電子產品和電動汽車的電源，然而其昂貴的成本和資源的不足使其無法滿足大規(guī)模電網儲能，因此，研發(fā)成本更低的新型儲能技術成為大規(guī)模電網儲能市場的迫切需求。?

相對于鋰離子電池，鈉離子電池與其工作原理相似，但是由于鈉離子電池具有材料來源廣泛、成本低等優(yōu)勢，可有效降低儲能成本和提高電池的安全性，因而其在大規(guī)模儲能方面?zhèn)涫苤匾暋?

目前報道的鈉離子電池負極材料包括硬碳，Na₂Ti₃O₇，TiO₂，Sb以及SnSb合金，無定形態(tài)紅磷，以及對苯二甲酸等，用于鈉離子電池負極材料都存在一定的問題。硬碳負極雖然可放出超過300mAh/g的比容量，但是大部分容量是在低于0.2V(vs?Na⁺/Na)甚至更低的電位下獲得的，接近鈉的沉積電位，容易產生Na的枝晶，而且提高放電截止電壓，會大大降低充放電容量；對于Na₂Ti₃O₇雖然其嵌入/脫出電位相對于Na⁺/Na在0.3V左右，是不錯的選擇，但是該材料導電性、倍率性能和穩(wěn)定性較差，這些問題都需要進一步解決；TiO₂作為廉價的鈉?離子電池負極材料，雖然具有很好的穩(wěn)定性和倍率性能，但是由于其比容量相對較低，一般難以達到180mAh/g，難以滿足應用需求；Sb以及SnSb合金具有較高的比容量，但是在充放電過程中巨大的體積膨脹帶來的穩(wěn)定性問題需要解決，同時，這類材料的作為鈉離子電池成本相對較高，因而用于鈉離子電池負極材料不太合適；無定形態(tài)紅磷具有非常高的比容量，具有較低的反應電位，但是，和Sb以及SnSb合金一樣，該材料同樣面臨著巨大的體積膨脹，而且，充放電過程中產生的Na₃P具有劇毒，也決定了紅磷不適合作為鈉離子電池負極材料。對苯二甲酸具有相對較高的比容量和較低的電位，不過該材料的首周庫倫效率低，同時導電性差，也不太適合用于鈉離子電池負極材料。?

發(fā)明內容

針對上述鈉離子電池負極材料容量低、循環(huán)穩(wěn)定性差、成本高等不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鈉離子電池負極材料及其制備方法，該電極材料為碳硫的復合材料，可以用作鈉離子電池負極材料，該電極材料具有高的比容量和好的循環(huán)穩(wěn)定性，電極材料廉價環(huán)保。?

按照本發(fā)明的一個方面，提供一種鈉離子電池負極材料，其特征在于，該電極材料為碳和硫形成的復合材料，其中，所述復合材料中的碳由芳香族化合物碳化熱解得到。?

按照本發(fā)明的另一方面，提供一種鈉離子電池負極材料的制備方法，包括：將芳香族化合物與硫以一定質量比混合后，并在保護氣氛中加熱到300-900℃碳化處理，保溫一段時間，反應結束后自然冷卻到室溫即可形成鈉離子電池負極材料。?

作為本發(fā)明的改進，該復合材料中的硫可以是以單質硫形式，碳硫鍵形式或氧硫鍵形式存在，或者其中的多種形式存在。?

作為本發(fā)明的改進，所述芳香族化合物可以為1,4,5,8-萘四甲酸酐、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、二萘嵌苯、嵌二奈和六苯并苯中的一種或幾種，或其衍生物中的一種或幾種。?

作為本發(fā)明的改進，所述衍生物可以為以1,4,5,8-萘四甲酸酐、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、二萘嵌苯、嵌二奈和六苯并苯中的一種或幾種為單體的取代物或聚合物。?

作為本發(fā)明的改進，所述復合材料中的硫的含量不大于50％wt。?

作為本發(fā)明的改進，所述加熱速度可以為1-20℃/min。?

本發(fā)明還提供一種鈉離子電池，其負極材料為本發(fā)明所述的一種鈉離子電池電極材料。?