[發(fā)明專(zhuān)利]穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料及其制備方法及應(yīng)用其的鈉離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811333625.4
• 申請(qǐng)日: 2018-11-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109626361A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂偉;林喬偉;張俊;楊全紅;康飛宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/184
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/184;C01B32/194;H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 深圳市鼎言知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44311
• 代理人: 曾昭毅;鄭海威

一種穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料，比表面積大于20m²g^?1。穩(wěn)定組分修飾碳負(fù)極材料，所述穩(wěn)定組分與碳負(fù)極材料有化學(xué)鍵，該化學(xué)鍵處于碳負(fù)極材料缺陷位，穩(wěn)定組分質(zhì)量為所述高比表面積碳負(fù)極材料總質(zhì)量的0.1wt％～20.2wt％。本發(fā)明還提供所述穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料的制備方法，以及應(yīng)用穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料的鈉離子電池。

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明涉及鈉離子電池材料領(lǐng)域，尤其涉及穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料及其制備方法及應(yīng)用其的鈉離子電池。

背景技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，化石能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題愈加嚴(yán)重，這些問(wèn)題在國(guó)內(nèi)也引起社會(huì)上下的關(guān)注，開(kāi)發(fā)可再生的綠色環(huán)保新能源的任務(wù)已經(jīng)十分緊迫。鋰離子電池由于高能量密度、優(yōu)秀的循環(huán)性能等優(yōu)勢(shì)已應(yīng)用于數(shù)碼產(chǎn)品和電動(dòng)汽車(chē)，但是鋰元素儲(chǔ)量低且分布嚴(yán)重不均，鋰資源的匱乏和開(kāi)發(fā)的高成本制約了其應(yīng)用與大規(guī)模儲(chǔ)能。因此，解決未來(lái)大規(guī)模儲(chǔ)能的必然出路是發(fā)展資源豐富、成本低廉的先進(jìn)離子電池體系。鈉與鋰是同一主族的元素，物化性質(zhì)相似，離子電池行為類(lèi)似，且鈉元素具有儲(chǔ)量充沛，分布廣泛，提取成本低廉等優(yōu)勢(shì)。從資源和環(huán)保等方面考慮，鈉離子電池具有低成本的優(yōu)勢(shì)，以鈉離子電池作為大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的新型儲(chǔ)能設(shè)備極具發(fā)展?jié)摿Α５壳翱晒┾c離子電池選擇的正負(fù)極材料體系非常有限，性能優(yōu)異的負(fù)極材料的缺失嚴(yán)重制約鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化。研究循環(huán)性能可靠、庫(kù)倫效率優(yōu)異的負(fù)極材料已成為鈉離子電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

在現(xiàn)有技術(shù)中，碳基材料常作為鈉離子電池的負(fù)極材料，但各類(lèi)碳基材料，如硬碳、軟碳、石墨烯、多孔碳，皆存在表面碳缺陷多等問(wèn)題，大大影響了材料的首次庫(kù)倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性。如何克服上述缺陷是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要考慮的。

發(fā)明內(nèi)容

一種穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料，所述穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料的比表面積大于5m²g^-1，所述穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料包括穩(wěn)定組分和碳負(fù)極材料，所述穩(wěn)定組分修飾所述碳負(fù)極材料的缺陷，所述穩(wěn)定組分與所述碳負(fù)極材料通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合，化學(xué)鍵位于所述碳負(fù)極材料缺陷位上，所述穩(wěn)定組分質(zhì)量為所述穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料總質(zhì)量的0.1wt％～20.2wt％。

于一實(shí)施例中，所述穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料的比表面積大于20m²g^-1。

于一實(shí)施例中，所述碳負(fù)極材料包括石墨烯、石墨烯宏觀體、硬碳、軟碳或多孔碳中的至少一種。

于一實(shí)施例中，所述穩(wěn)定組分包括金屬氧化物、金屬硫化物或金屬硒化物中的至少一種。

于一實(shí)施例中，所述穩(wěn)定組分中的金屬氧化物包括氧化鋁、氧化鈦、氧化錫、氧化銅、氧化銀中的至少一種，所述穩(wěn)定組分中的金屬硫化物包括硫化錫、二硫化鈷、二硫化鉬中的至少一種，所述穩(wěn)定組分中的金屬硒化物包括二硒化鈷、硒化鋅中的至少一種，所述穩(wěn)定組分的質(zhì)量為所述穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料總質(zhì)量的2wt％～10wt％。

于一實(shí)施例中，所述碳負(fù)極材料的缺陷包括單空位缺陷、多空位缺陷、官能團(tuán)、異質(zhì)原子取代缺陷、碳邊緣缺陷、位錯(cuò)中的至少一種。

一種穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

將穩(wěn)定劑前驅(qū)體加入包括無(wú)水乙醇與水的混合溶劑中得到一混合液，將負(fù)極前驅(qū)體加入所述混合液中獲得一混合物，對(duì)所述混合物進(jìn)行攪拌、靜置后過(guò)濾以獲得一中間產(chǎn)物；

在惰性氣體氣氛下將所述中間產(chǎn)物進(jìn)行熱處理，使得所述穩(wěn)定劑前驅(qū)體中的金屬離子與所述負(fù)極前驅(qū)體在所述負(fù)極前驅(qū)體的缺陷處以化學(xué)鍵的形式結(jié)合，得到穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料，所述穩(wěn)定組分修飾的高比表面積碳負(fù)極材料的比表面積大于5m²g^-1。