[發明專利]一種鈉離子電池碳球負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710195233.5
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106910880B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 張治安;賴延清;尚國志;陳玉祥;宋俊肖;張凱;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟

本發明公開了鈉離子電池碳球負極材料的制備方法，碳源經水熱反應得碳球前驅體，碳球前驅體經燒結處理得碳球；將所述的碳球浸漬在鈷鹽溶液中、隨后固液分離、干燥得前驅體；將所述的前驅體碳化、洗滌、干燥制得所述的負極材料。此外，本發明還公開了采用所述的制備方法制得的鈉離子電池碳球負極材料。本發明制備方法簡單，成本低廉，可宏量制備。所制備的碳球表面原位生長石墨化碳的復合材料具有較大的層間距和優異的導電性，該材料用于鈉離子電池，展示優異的長循環穩定性能，良好的倍率性能以及高比容量，具有工業化應用前景。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池領域，具體涉及一種鈉離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術

目前，化石燃料仍然是主要的供電資源。然而隨著人類不合理的開采和利用，化石能源日趨緊張，環境污染日益嚴重。因此，開發利用新的清潔資源以及可再生能源，如太陽能、風能、潮汐能等成為了當務之急。但另一方面，電網的正常運行需要穩定連續的發電，太陽能、風能、潮汐能等受到天氣、地點以及時間等因素的制約，極大的限制了其大規模的應用和普及。為了解決該問題，大規模儲電技術成為了一個重要的研究領域。其中，二次電池由于具有較高的能量密度和轉化效率，成為了大規模儲電的優先選擇，而循環壽命長且具有高能量密度的鋰離子電池被認為是極具有前途的二次電池。自20世紀90年代鋰離子電池成功問世以來，其在電動汽車、便攜電子設備等方面得到了相當規模的應用，但隨著鋰離子電池的不斷進步與發展，一系列的隱患也逐漸暴露在了人們的視野當中。

根據美國地址調查局2015年發布的數據，全球鋰資源儲量約為1350萬噸。而在未來幾年內，碳酸鋰的需求將不斷增長，并且目前尚缺乏先進的技術、設施以及經濟誘因，導致了鋰資源回收率不足1％，假設在沒有鋰資源回收的情況下，全球鋰資源僅能維持不到30年。有限的資源以及不斷攀升的原料價格勢必會嚴重限制鋰離子電池的大規模發展及應用。因此開發一種價格低廉、可持續發展的電池體系迫在眉睫。

鈉和鋰位于同一主族，具有相似的物理和化學性質，且鈉資源儲量豐富，可以不斷的從海水中提取。雖然相比于鋰而言，鈉離子半徑較大、標準電化學電位較低，導致鈉離子電池的能量密度和功率密度相對較低，但未來隨著市場需求的增加以及電池尺寸大小的優化，成本低廉、安全性高的鈉離子電池具有相當廣闊的前景，勢必會成為后鋰時代最重要的發展方向之一。

目前，基于材料開發成本以及應用前景的考慮，研究較多的鈉離子負極材料主要是各種碳基材料，碳材料憑借來源廣泛、價格低廉、循環壽命長等優勢，在鈉離子電池負極材料領域引起了很大關注。但是大規模商業鋰離子電池常用的負極材料石墨，其儲鈉比容量只有30mAh g^-1，難以直接應用到鈉離子電池負極。而無定形碳的石墨化程度低，其結構主要是由大量無序的碳微晶交錯堆積而成，石墨層間距大，又含有大量納米微孔，為鈉離子的儲存提供了理想的活性位點，因此無定型碳材料具有較高的可逆儲鈉容量，然而無定型碳材料作為鈉離子負極材料依然存在比容量較低、首圈庫倫效率低、倍率性能差等問題，亟需解決。

發明內容

本發明目的在于提供一種工藝簡單、重復性好、成本低廉、環境友好的鈉離子電池碳球負極材料的制備方法。

本發明的另一個目的在于提供一種采用所述的制備方法制得的鈉離子電池用碳球負極材料；通過所述的負極材料，提升鈉離子電池的電化學性能。

一種鈉離子電池碳球負極材料的制備方法，碳源經水熱反應得碳球前驅體，碳球前驅體經燒結處理得碳球；將所述的碳球浸漬在鈷鹽溶液中、隨后固液分離、干燥得前驅體；將所述的前驅體碳化、洗滌、干燥制得所述的負極材料。