[發(fā)明專利]鈉離子電池負(fù)極材料的形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711206863.4
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107978750B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 屈耀輝;劉文亮;郭滿滿;曾凡焱;張文娟;俞挺;袁彩雷
• 申請（專利權(quán)）人: 江西師范大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M10/054
• 代理公司: 上海盈盛知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤

本申請?zhí)峁┮环N鈉離子電池負(fù)極材料的形成方法，包括：在氨水條件下，將碳納米纖維、表面活性劑和正硅酸四乙酯發(fā)生溶膠凝膠過程獲取碳纖維?表面活性劑?介孔二氧化硅復(fù)合材料；將所述碳纖維?表面活性劑?介孔二氧化硅復(fù)合材料放置于過量的硝酸銨與乙醇溶液得到碳纖維?介孔二氧化硅復(fù)合材料；將所述碳纖維?介孔二氧化硅復(fù)合材料進(jìn)行溶劑蒸發(fā)過程獲取碳纖維?含氮硫碳源?介孔二氧化硅復(fù)合材料；去所述碳纖維?含氮硫碳源?介孔二氧化硅復(fù)合材料內(nèi)部的二氧化硅模板；過濾、洗滌，獲得同軸電纜結(jié)構(gòu)的碳纖維?氮硫共摻雜介孔碳復(fù)合材料。本申請的實施例形成的鈉離子電池負(fù)極材料的比容量大、倍率性能和循環(huán)性能佳。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二次電池領(lǐng)域，特別涉及一種鈉離子電池負(fù)極材料的形成方法。

背景技術(shù)

在眾多的能量存儲設(shè)備中，鋰離子電池因具有高能量密度和長循環(huán)壽命等優(yōu)點，已迅速成為了便攜式電子設(shè)備的重要電源。然而，對于大規(guī)模的能量存儲，比如電動汽車和電網(wǎng)等相關(guān)應(yīng)用，鋰離子電池卻面臨著巨大挑戰(zhàn)，主要原因是鋰的儲量非常有限(在地殼中僅占0.002％)，致使鋰離子電池價格昂貴，很大程度上制約著鋰離子電池的大規(guī)模應(yīng)用。因此，發(fā)展用于大規(guī)模儲能的新型儲能技術(shù)已成為迫切的需求。

鈉與鋰為同一主族元素，具有非常相似的電化學(xué)性質(zhì)，鈉離子電池也能實現(xiàn)可逆充放電過程，而且鈉的儲量非常高(在地殼中約占2.74％)，因此，鈉離子電池具有鈉資源豐富和成本低廉的突出優(yōu)勢，被認(rèn)為是今后在大規(guī)模儲能領(lǐng)域可能替代鋰離子電池的最佳候選。然而，與鋰元素相比，鈉元素的相對原子質(zhì)量較高，導(dǎo)致其理論比容量偏低；同時Na+半徑比Li+大(Na+半徑：0.106nm，Li+半徑：0.076nm)，使得Na+在電極材料中嵌入/脫嵌更難，造成電池的循環(huán)性能差，嚴(yán)重制約著鈉離子電池的商業(yè)化應(yīng)用。

目前，針對鈉離子電池正極材料的研究已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步，但對于負(fù)極材料的研究仍然有許多問題亟待解決。其中研究較多的包括石墨等。石墨雖然具有較高的儲鋰容量，但是其儲鈉能力很差，普遍認(rèn)為是石墨的層間距(c.a.0.336nm)不適合Na+的嵌入所致。因此，如何進(jìn)一步提高碳材料作為鈉離子電池負(fù)極的比容量、倍率性能和循環(huán)性能，成為限制碳材料作為鈉離子電池負(fù)極材料大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是提供一種比容量大、倍率性能和循環(huán)性能佳的鈉離子電池負(fù)極材料的形成方法。

本發(fā)明提供一種鈉離子電池負(fù)極材料的形成方法，包括：在氨水條件下，將碳納米纖維、表面活性劑和正硅酸四乙酯按質(zhì)量比1：5-8：8-10的比例攪拌均勻，常溫下反應(yīng)6小時至10小時，發(fā)生溶膠凝膠過程獲取碳纖維-表面活性劑-介孔二氧化硅復(fù)合材料；將所述碳纖維-表面活性劑-介孔二氧化硅復(fù)合材料放置于過量的硝酸銨與乙醇溶液中浸泡16小時至20小時，發(fā)生離子交換過程去除復(fù)合材料內(nèi)部的表面活性劑，得到碳纖維-介孔二氧化硅復(fù)合材料；將所述碳纖維-介孔二氧化硅復(fù)合材料與碳源、氮源、硫源按照質(zhì)量比為1：5-9：3-7：3-7的比例，加入去離子水，調(diào)成混合溶液，均勻攪拌，放置于油浴裝置中加熱至100攝氏度至120攝氏度，保溫3小時至4小時，進(jìn)行溶劑蒸發(fā)過程獲取碳纖維-含氮硫碳源-介孔二氧化硅復(fù)合材料；所述碳纖維-含氮硫碳源-介孔二氧化硅復(fù)合材料在惰性氣氛保護(hù)下加熱至800攝氏度至1000攝氏度并保溫2小時至3小時；然后用過量的0.1摩爾/升的氫氟酸溶液除去所述碳纖維-含氮硫碳源-介孔二氧化硅復(fù)合材料內(nèi)部的二氧化硅模板；過濾、洗滌，100攝氏度至120攝氏度下真空干燥，獲得同軸電纜結(jié)構(gòu)的碳纖維-氮硫共摻雜介孔碳復(fù)合材料。

所述碳納米纖維的直徑為50納米至150納米。

可選的，所述碳源物質(zhì)為葡萄糖、蔗糖、果糖、纖維素、淀粉中的一種或者幾種。

可選的，所述氮源物質(zhì)為乙二胺、苯胺、尿素、三聚氰胺、雙氰胺、正丙胺、N-甲基-N-乙基苯、吡啶、吡咯中的一種或者幾種。