[發明專利]一種SnSb合金-碳納米纖維的鈉離子電池負極材料及其制法

在審

• 申請號: 202010463970.0
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111600032A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 許東
• 申請（專利權）人: 新昌縣品宏科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 于潔

本發明涉及鈉離子電池負極材料技術領域，且公開了一種SnSb合金?碳納米纖維的鈉離子電池負極材料，包括以下配方原料及組分：聚丙烯腈、多孔N?S摻雜碳納米微球、SnCl₂、SbCl₃、分散劑。該一種SnSb合金?碳納米纖維的鈉離子電池負極材料，多孔N?S摻雜碳納米微球具有巨大的比表面積和發達的孔隙結構，氮的電負性比碳強，通過氮原子摻雜，增強了碳納米微球的導電性能，納米SnSb合金均勻負載到碳納米微球的表面上，降低了納米SnSb合金團聚和結塊的現象，使負極材料暴露出更多的電化學活性位點，碳納米微球改善了負極材料的導電性能，促進離子和電荷的傳輸，豐富的孔隙結構縮短了離子的傳輸路徑，提高了負極材料的比容量。

技術領域

本發明涉及鈉離子電池負極材料技術領域，具體為一種SnSb合金-碳納米纖維的鈉離子電池負極材料及其制法。

背景技術

隨著能源危機和環境問題的日益嚴峻，開發新型綠色高效的儲能電池系統成為研究熱點，鈉離子電池具有鈉資源豐富、成本低廉、穩定性能優異、安全性能良好以及無污染等優點，是一種潛力巨大的儲能電池，與商業化鋰離子電池相比，鈉離子電池具有以下優勢：鈉鹽的電導率較高，可以選用低濃度的電解質來降低生產成本；鈉資源分布范圍廣泛、儲量豐富、價格低廉；鈉離子電池無過放電特性，可以放電至零V；鈉離子很難與合金發生反應，可以采用使得鋁箔作為負極的集流體，不僅可以降低成本，還能減輕電極材料的質量。

鈉離子電池主要由正極材料、負極材料、電解質、隔膜等組成，其中負極材料對鈉離子電池的性能影響很大，主要是為鈉離子電池充放電過程中提供可以儲存離子的活性位點和較低電位氧化還原電對，目前鈉離子電池負極材料主要有碳基材料、鈦基化合物、合金材料、金屬化合物和有機化合物等，合金負極材料具有較高的理論比容量，其中Sn和Sb是潛力巨大的儲鈉負極材料，但是目前的SnSb合金負極材料，充放電過程中容易發生體積膨脹，而導致負極材料基體損耗甚至分解，大大降低了負極材料的循環穩定性和鈉離子電池的倍率性能。

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種SnSb合金-碳納米纖維的鈉離子電池負極材料及其制法，解決了SnSb合金負極材料在充放電過程中容易發生體積膨脹，而導致負極材料基體損耗甚至分解的問題。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種SnSb合金-碳納米纖維的鈉離子電池負極材料，包括以下按重量份數計的配方原料及組分：18-22份聚丙烯腈、17-32份多孔N-S摻雜碳納米微球、20-23份SnCl₂、24-28份SbCl₃、6-10份分散劑。

優選的，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮。

優選的，所述多孔N-S摻雜碳納米微球，制備方法包括以下步驟：

(1)向反應瓶中加入物質的量濃度為0.1-0.15mol/L的氫氧化鈉溶液，再加入苯酚和甲醛水溶液，將反應瓶置于恒溫水浴鍋中，加熱至75-85℃，勻速攪拌反應1-3h，再加入表面活性劑泊洛沙姆，勻速攪拌5-8h，加入蒸餾水調節氫氧化鈉物質的量濃度為0.02-0.03mol/L，勻速攪拌反應3-5h，將溶液轉移進水熱合成反應釜中，加入蒸餾水調節氫氧化鈉物質的量濃度為0.003-0.045mol/L，并置于反應釜加熱箱中，加熱至140-150℃，反應10-15h，將溶液冷卻至室溫，過濾除去溶劑，使用蒸餾水和乙醇洗滌固體產物并充分干燥。

(2)將固體產物、氫氧化鉀和硫脲置于行星球磨機中，球磨20-30h，直至固體產物通過1000-1500目網篩，將固體混合物置于氣氛電阻爐中，通入氮氣，升溫速率為5-10℃/min，在720-750℃下，保溫煅燒3-5h，使用蒸餾水洗滌煅燒產物，并充分干燥，制備得到多孔N-S摻雜碳納米微球。

優選的，所述苯酚、甲醛和泊洛沙姆的質量比為1:1.2-1.5:1.6-2。