[發(fā)明專利]一種鈉離子電池的碳包覆量子點合金負極材料及制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811024987.5
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109301181A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/054
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于鈉離子電池的技術領域，提供了一種鈉離子電池的碳包覆量子點合金負極材料及制備方法。該方法通過以鐵源、氯化銻和銻的混合粉末進行混合球磨，然后在石英管內進行真空熱處理，使鐵源碳化，并與銻形成合金，制得碳包覆鐵銻合金的負極材料。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明的制備的負極材料，用于鈉離子電池使用過程中，可有效抑制負極材料的體積形變，可在大電流充放電過程中保持結構的穩(wěn)定，并且可抑制雜質氣體對負極材料的影響，提高了負極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，可廣泛用于鈉離子電池領域。

技術領域

本發(fā)明屬于鈉離子電池的技術領域，提供了一種鈉離子電池的碳包覆量子點合金負極材料及制備方法。

背景技術

鋰離子電池被認為是至今最成功和成熟的能量儲存裝置。起初因為高能和安全被廣泛研究，同時作為電車的可選電源。配備大量鋰電池作為電源的電車已經慢慢占領電動市場，將來有望減少對化石燃料的依賴性。但是必要元素鋰廣泛分布在地殼，來源不夠充足，且鋰材料的價格在近年來迅速上升。恰恰相反，鈉元素廣泛存在于海鹽中，來源豐富，化學性質與鋰相似，因此在電池領域受到關注。

鈉離子電池具有與鋰離子電池相同的工作原理，相比鋰離子電池性能稍有不足，但鈉及其衍生物具有提取簡單、含量豐富的巨大優(yōu)勢，可以作為鋰離子電池的下位產品。鈉離子電池的研究開發(fā)在一定程度上可緩和因鋰資源短缺引發(fā)的電池發(fā)展受限問題。若在此基礎上研制出性能優(yōu)良、安全穩(wěn)定的材料，鈉離子電池將擁有比鋰電池更大的市場競爭優(yōu)勢。

在鈉離子電池中，正極脫離的鈉離子的半徑為1.06?，比半徑為0.79?的鋰離子體積更大，在傳統(tǒng)石墨負極中脫嵌容易造成其層狀結構的破壞，使負極材料粉化，因此，鈉離子電池主要的障礙在于合適的負電極。目前的主要研究方向為使用非石墨化碳、金屬氧化物、金屬硫化物、金屬單質或合金作為負極材料。金屬單質或合金作為負極材料應用在鈉離子電池中，具有導電性好、容量密度高的優(yōu)勢。

目前國內外在鈉離子電池技術，尤其是鈉離子電池負極材料方面已取得了一定成效。其中王紅等人發(fā)明了一種鈉離子電池負極材料及其制備方法、鈉離子電池（中國發(fā)明專利申請?zhí)?01610130461.X），包括如下步驟：在還原性氣氛下，將前驅體燒結后，冷卻，即得；前驅體是通過將含有石墨烯、二氧化鈦、錫鹽和銅鹽的混合液，與沉淀劑混合反應獲得的固體；錫元素、銅元素和鈦元素的摩爾比為x:(1~x):1，0<x≤0.5；該發(fā)明的制備方法簡便，制得的材料，各原料組分之間相互協(xié)同，不僅有效的降低了錫銅顆粒的團聚效應，抑制了在放電過程中錫與鈉形成合金的體積效應；而且可兼顧材料的循環(huán)性能、穩(wěn)定性、電導率以及充放電容量。另外，吳平等人發(fā)明了一種原位包覆碳導電劑的錫鎳合金的制備方法及其作為鈉離子電池負極材料的應用（中國發(fā)明專利申請?zhí)?01610105963.7），將四氯化錫和鎳氰化鉀分別溶解在分散了碳導電劑的水溶液中，再將四氯化錫和鎳氰化鉀的水溶液混合，形成原位固定碳導電劑的Sn(IV)–Ni(II)氰基配位聚合物水凝膠；以上述復合水凝膠體系為前驅體，向其中加入硼氫化鈉為還原劑，反應0.1~24h，將產物洗滌并干燥，得到所述的原位包覆碳導電劑的錫鎳合金。

可見，現有技術中的用于鈉離子電池的金屬單質或合金作為負極材料，其在大電流充放電下負極合金易會出現體積膨脹、粉化，進而影響鈉離子電池的電學性能和使用壽命。

發(fā)明內容

針對這種情況，我們提出一種鈉離子電池的碳包覆量子點合金負極材料及制備方法，可有效抑制負極材料在大電流工作下體積形變的問題，提高負極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

為實現上述目的，本發(fā)明涉及的具體技術方案如下：

一種鈉離子電池的碳包覆量子點合金負極材料的制備方法，通過以鐵源、氯化銻和銻的混合粉末進行混合球磨，然后在石英管內進行真空熱處理，使鐵源碳化，并與銻形成合金，制得碳包覆鐵銻合金的負極材料，制備的具體步驟如下：

（1）將鐵源與氯化銻和銻的混合粉末加入球磨機中，在磁場作用下進行混合球磨，制得混合粉末；