[發(fā)明專利]一種鈉離子電池負極材料的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910172796.1
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN109935810A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 釗妍;王加義
• 申請（專利權）人: 肇慶市華師大光電產(chǎn)業(yè)研究院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 天津市尚文知識產(chǎn)權代理有限公司 12222
• 代理人: 楊秀偉

本發(fā)明涉及一種鈉離子電池負極材料及其制備方法，具體步驟包括：配制N，N?二甲基甲酰胺、甲醇、苯二甲酸的混合溶劑，超聲后加入鈦酸四丁酯，繼續(xù)超聲處理，置于聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應釜中，在120～150℃反應24～48h，制得金屬有機骨架材料MIL?125(Ti)；將金屬有機骨架材料MIL?125(Ti)置于管式爐中，在氬氣氣氛下緩慢升溫至500～800℃，升溫完成后在保持氬氣氣氛的條件下通入氫氣，混合氣氛下保溫處理后隨爐冷卻制得到Ti?TiO?TiO₂?C復合材料。采用本發(fā)明方法制得的碳材料具有密度低、導電性能強、穩(wěn)定性高等特點，提升鈉離子電池的電化學性能并具有優(yōu)異循環(huán)性能和倍率性能。

技術領域

本發(fā)明的技術方案涉及一種鈉離子電池負極材料的制備方法，具體涉及一種成分為Ti-TiO-TiO₂-C復合物的鈉離子電池負極材料及其制備方法，屬于材料化學領域。

背景技術

隨著社會的發(fā)展和人口數(shù)量的持續(xù)增加，全球的能源需求不斷提高，大力開發(fā)和利用可再生能源，如太陽能、風能、地熱能、潮汐能等，逐步擺脫人類對化石能源的依賴，是推動社會可持續(xù)發(fā)展的唯一可能途徑。在目前儲能體系中，化學儲能電池由于具有靈活性、高效率和無地域限制，是最有希望的大規(guī)模儲能裝置。在眾多二次電池中，鋰離子電池的發(fā)展迅速，因其具備能量密度高、功率密度大、倍率性能好和便攜性等優(yōu)點，被廣泛應用于很多領域。同時，鋰資源的局限性勢必會限制鋰離子電池的發(fā)展。因此，研究開發(fā)新的二次電池體系勢在必行，鈉離子電池有望成為下一代大型廣泛應用的二次電池。與其他二次電池相比，鈉離子電池具有以下優(yōu)點：1、鈉儲量豐富，為鈉離子電池的發(fā)展奠定基礎；2、與鋰離子電池原理類似，可以借鑒鋰離子電池現(xiàn)有成果。

但鈉離子電池負極電壓高和鈉離子半徑大等問題，給高效鈉離子電池的開發(fā)提出了很多難題。電極材料決定著電池的容量、工作電壓和循環(huán)壽命等重要的參數(shù)。雖然鈉離子電池中的反應機制與鋰離子電池中相似，然而，鈉離子比鋰離子要大55％左右，鈉離子在相同結構材料中的嵌入和擴散往往都相對困難，同時嵌入后材料的結構變化會更大，因而電極材料的比容量、動力學性能和循環(huán)性能等都相應地變差。

過渡金屬氧化物負極材料具有較高容量、安全性好等優(yōu)點早已被廣泛研究作為儲鋰材料。該類型材料也可以作為有潛力的鈉離子電池負極材料。鈦基氧化物具有資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好的優(yōu)點，同時在Na⁺脫嵌前后體積應變很小，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，而且抗過充性能、熱穩(wěn)定性能和安全性都較為優(yōu)異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有鈉離子電池比容量低，循環(huán)穩(wěn)定性差等問題，提供一種鈉離子電池負極材料及其制備方法。先制備金屬有機骨架材料MIL-125，而后在將其碳化的過程中通入氫氣氬氣混合氣體，從而獲得Ti-TiO-TiO₂-C復合物作為鈉離子電池負極材料。

本發(fā)明解決該技術問題所采用的技術方案是：

一種鈉離子電池負極材料，具體的，所述負極材料為一種Ti-TiO-TiO₂-C復合材料，是采用金屬有機骨架材料MIL-125為原料，通過在氫氣和氬氣混合氣氛下進行高溫碳化制備而得。

一種鈉離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備金屬有機骨架材料MIL-125：

量取適量N，N-二甲基甲酰胺、甲醇5～10mL，混合均勻，將苯二甲酸上述溶于混合溶劑中，超聲30～60分鐘，再加入鈦酸四丁酯，超聲30～60分鐘，隨后將上述溶液置于聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應釜中，在120～150℃反應24～48h；反應完成后隨爐冷卻至室溫，離心收集產(chǎn)物，并用去離子水反復洗滌三次，真空干燥洗滌產(chǎn)物，即得金屬有機骨架材料MIL-125。

（2）制備Ti-TiO-TiO₂-C復合材料：