[發明專利]一種硼酸鹽類鈉離子電池負極材料及其制備和應用

有效

• 申請號: 201811331109.8
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109279663B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 王保峰;許貝貝;馬瀟;嵇穎婕;平秋實;陳晗;邰子陽;殷玉森
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/525;H01M4/62
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種硼酸鹽類鈉離子電池負極材料及其制備和應用，材料制備時：將鎳源、鈷源和硼源以摩爾比2:1:2～3混合均勻，于氧化性氣氛下燒結保溫，冷卻后即得到目的產物CoNi₂(BO₃)₂。與現有技術相比，本發明的CoNi₂(BO₃)₂材料，原料來源廣泛、成本低廉、安全性能好并且環境友好，制備方法具有工藝流程簡單，設備要求低，產品純度高等特點，制得的CoNi₂(BO₃)₂材料表現出優異的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池負極材料技術領域，涉及一種硼酸鹽類鈉離子電池負極材料及其制備和應用。

背景技術

不斷增長的可再生能源(風能、太陽能、潮汐能等)促使研究者們不斷探索廉價、高效的儲能系統。由于鈉資源豐富、成本低廉等特點，使得鈉離子電池技術對大規模電能存儲和轉換具有一定的吸引力，可作為鋰離子電池的替代選擇之一。由于鈉離子半徑遠大于鋰離子半徑，使得傳統的鋰離子電池負極材料儲鈉性能較差。因此，研究探索高比容量、長循環壽命和高倍率的負極材料成為發展鈉離子電池的關鍵。

在目前已知的負極儲鈉材料中，石墨材料由于鈉離子半徑較大，難以在石墨層中進行脫嵌反應，不適合用于鈉離子電池負極材料。硬碳材料也被報道應用于鈉離子電池負極材料，結果表明具有較好的儲鈉性能，比容量可達200-300mAh·g^-1(AdvancedFunctional Materials，2011，21(20):3859-3867)。金屬及合金類負極材料因其具有高的比容量而受到人們的關注，楊漢西課題組采用納米化以及梯度結構設計，采用球磨法制備了SiC-Sb-Cu-C核殼結構材料，其內核為SiC材料，在SiC內核表面制備一層Sb/Cu材料來提高導電率，最后再外核表面添加碳包覆層。制備的核殼材料表現出優異的循環穩定性，100圈循環后比容量保持有595mAh·g^-1(Electrochimica Acta，2013，87，41-45)。但此類材料，在充放電循環過程中，存在首次效率低，體積膨脹率大，循環壽命不理想等缺陷。

聚陰離子型化合物硼酸鹽作為鈉離子電池負極材料時，具有理論比容量高、儲量豐富、環境友好及資源分布廣等優點。Yang等采用水熱法，制備出Zn₃B₂O₆，并作為鈉離子電池負極材料，其研究結果發現，這種復合材料在鈉離子電池中循環100次后比容量高達283.7mAh g^-1，并表現出優良的倍率性能(Bulletin of the Chemical Society of Japan，2018.)。隨.著人們對鈉離子電池儲能探索不斷深入，研究人員渴望開發具有高比容量、優異倍率性能等優異電化學性能且制備方法簡單的新型材料，來滿足鈉離子電池儲能的發展的需求。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種硼酸鹽類鈉離子電池負極材料及其制備。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明的目的之一在于提出了一種硼酸鹽類鈉離子電池負極材料，其化學式為CoNi₂(BO₃)₂。

進一步的，其為正交晶系，屬于Pnmn空間群。晶體結構為粒鎂硼石型。

本發明的目的之二在于提供了一種硼酸鹽類鈉離子電池負極材料的制備方法，將鎳源、鈷源和硼源以摩爾比2:1:2～3混合均勻，于氧化性氣氛下燒結保溫，冷卻后即得到目的產物純相CoNi₂(BO₃)₂。