[發明專利]一種雙金屬基鈉離子電池負極材料

有效

• 申請號: 202010517829.4
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111987307B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 郁彩艷;閆冬;白瑩;趙慧玲;尹延鋒
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;C01G15/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

本發明提供了一種雙金屬基鈉離子電池負極材料及使用該負極材料的鈉離子電池，其特殊的“先插入、轉化、再插入”逐步脫嵌Na⁺的機制確保了Na⁺的高效嵌入和脫出，大大提高了Na⁺的遷移率；反應過程中形成的高可逆性的Na_x?In₆S₇骨架作為緩沖層可以緩解CuInS₂充放電過程中的巨大的體積變化，使其具有優異的循環穩定性；反應過程中生成的金屬Cu可以加快電荷傳輸，增強鈉電池的動力學性能。

技術領域

本發明涉及一種雙金屬基鈉離子電池負極材料，具體涉及一種具有“先插入、轉化、再插 入”逐步反應機制的鈉離子電池負極材料。

背景技術

鈉離子電池負極材料的工作機制分為插入、轉換和合金化3種。插入型負極材料的循環 穩定性較好但是理論比容低。合金化和轉換型材料雖然具有較大的理論比容量但是循環過程 中體積膨脹劇烈導致容量快速衰退。因此，采用單一機制的負極材料很難獲得理想的電化學 性能，研究具有混合反應機制的復合材料，充分利用各組分的優勢，是彌補各機制不足的有 效途徑。如，通過水熱法和后續退火處理制備了轉換-合金化/插入型SbPO₄/rGO復合材料， 在0.5A g^-1電流密度下循環100周后可逆容量為280mA h g^-1，遠高于初始SbPO₄(20mA h g^-1)；將插入型TiO₂與轉換型MoSe₂復合，由于插入型與轉換型機制之間的協同作用， TiO₂/MoSe₂復合材料的電化學性能較單獨材料的性能大幅提升。雖然上述工作取得了令人鼓 舞的結果，但是仍存在以下挑戰：

1)為了實現有效的性能傳遞，需要進行復雜的結構設計；

2)為了實現最佳性能，復合材料間的比例需要經過多次實驗優化；

3)復合材料中不同組分之間的不兼容性導致了各組分不均勻結合和重復性差等問題；

4)不同組分間的界面電阻阻礙電荷轉移，最終影響電池的整體動力學性能。

開發具有新型晶體結構的雙金屬化合物是避免復合材料不相容、不均勻和結構復雜的有 效方法之一。此外，雙金屬化合物中的每種組分充電/放電過程中可以發揮協同作用，導致整 體性能的提高。尤其是由于各組分的作用不同，雙金屬化合物表現出逐步轉換-合金化反應， 從而表現出顯著的電化學性能。然而，為了抑制雙金屬化合物巨大的體積變化需要添加插入 型的碳材料。因此，考慮到插入和轉化/合金化機制之間的協同作用，建立新型的雙金屬基負 極，如逐步合金化-插入或轉化-插入，為高性能負極材料的開發提供了更有效的途徑，然而， 目前還缺乏相關的深入研究。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種“先插入、再轉換、后插入”逐步反應機制的 雙金屬基CuInS₂鈉離子電池負極材料。