一種鈉離子電池負極材料及其制備方法與流程

文檔序號：12552957閱讀：340來源：國知局

導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>電氣元件制品的制造及其應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及鈉離子電池制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈉離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會的發(fā)展，能源和環(huán)境問題已成為當(dāng)今世界最重要的課題之一。化石燃料仍然是目前世界上使用最多的能源，然而化石能源的儲量有限，人類日益增加的需求以及不加節(jié)制的開采，必然會導(dǎo)致化石能源的枯竭。因此，尋找新的可再生能源以及規(guī)模儲能迫在眉睫。在諸多儲能領(lǐng)域中，電化學(xué)儲能是一種簡單而高效的儲能方式。其中，鋰離子電池是目前廣泛應(yīng)用的電化學(xué)電源，但隨著數(shù)碼、交通等產(chǎn)業(yè)對鋰離子電池依賴加劇，有限的鋰資源必將面臨短缺問題。室溫鈉離子電池由于原料豐富，分布廣泛，價格低廉，引起了人們廣泛的研究興趣，對其的研究開發(fā)在一定程度上可緩和因鋰資源短缺引發(fā)的電池發(fā)展受限問題。

目前鈉離子電池負極材料主要包括硬碳、合金和鈦基化合物。硬碳是應(yīng)用最廣的一類鈉離子電池負極材料，但由于鈉離子半徑較大，在石墨層間的嵌/脫較困難，而且首次充放電時易形成不可逆SEI鈍化層，導(dǎo)致首周庫倫效率降低，這是制約該類碳材料應(yīng)用的主要因素。金屬單質(zhì)或者合金在鈉離子嵌入/脫出過程中存在嚴重體積膨脹，造成容量快速衰減，電極穩(wěn)定性降低。鈦基氧化物作為鈉離子電池負極材料，是通過嵌入類反應(yīng)機制進行儲鈉的，然而，由于自身晶體結(jié)構(gòu)中儲存位點有限，導(dǎo)致這類材料儲鈉容量普遍較低。

NaTi₂(PO₄)₃是一種鈉離子電極材料，但由于其電子導(dǎo)電率較低，導(dǎo)致材料的放電容量低，倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種鈉離子電池負極材料及其制備方法，該方法簡單易行，制備的鈉離子電池負極材料比容量較大，較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

(一)一種鈉離子電池負極材料，其特征在于，包括以下原料組分：MIL-125(Ti)、磷酸二氫鈉、磷酸二氫銨和溶劑。

作為優(yōu)選地，所述溶劑為甲醇或無水乙醇。

作為優(yōu)選地，所述原料組分中，MIL-125(Ti)、磷酸二氫鈉與磷酸二氫銨的摩爾比為(1:3:8)-(1:7:12)。

(二)一種鈉離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，將MIL-125(Ti)、磷酸二氫鈉和磷酸二氫銨分別溶解在溶劑中，并將其混合，攪拌均勻，反應(yīng)，得混合液，再蒸發(fā)掉所述混合液中的溶劑，得到白色固體粉末；

步驟2，將所述白色固體粉末在氣氛爐中煅燒，得到黑色固體粉末，即得。

作為優(yōu)選的，步驟1中，所述反應(yīng)的溫度為30-60℃，所述反應(yīng)的時間為20-28h。

作為優(yōu)選地，步驟2中，所述氣氛爐中的保護氣氛為氬氣。

作為優(yōu)選地，步驟2中，所述煅燒的溫度為500-900℃，所述煅燒的時間為4-7h。

作為優(yōu)選地，步驟2中，所述煅燒的過程中，升溫速率和降溫速率分別為2-3℃/min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明以MOFs材料(MIL-125(Ti))為前驅(qū)體，將其與磷酸二氫鈉、磷酸二氫氨反應(yīng)，MIL-125(Ti)作為前驅(qū)體一方面可以提供鈦源，另一方面由于MOFs材料的有機配體在惰性氣氛下煅燒后會轉(zhuǎn)變?yōu)樘迹瑥亩苽浍@得鈉離子電池負極材料NaTi₂(PO₄)₃/C。與其它鈉離子電池負極材料的制備方法相比，本發(fā)明的制備方法簡便易行，一步實現(xiàn)了NaTi₂(PO₄)₃與導(dǎo)電碳材料的復(fù)合。本發(fā)明的制備方法制備的鈉離子電池比容量較高，循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能優(yōu)異。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

圖1為實施例1獲得的NaTi₂(PO₄)₃/C的XRD圖；圖中，橫坐標(biāo)為x射線的入射角度的兩倍，單位為度；縱坐標(biāo)為強度；

圖2為實施例1獲得的NaTi₂(PO₄)₃/C電極在20mA/g電流密度下的充放電曲線圖；圖中，橫坐標(biāo)為比容量，縱坐標(biāo)為電壓；其中，圖中1、5、10、20、30代表循環(huán)次數(shù)；

圖3為實施例1獲得的NaTi₂(PO₄)₃/C電極的循環(huán)性能圖；橫坐標(biāo)為循環(huán)次數(shù)，縱坐標(biāo)為比容量。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方案進行詳細描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。

實施例1

一種鈉離子電池負極材料，表達式為NaTi₂(PO₄)₃/C，按照以下步驟制備：

步驟1，分別取0.036g MIL-125(Ti)、0.012g磷酸二氫鈉和0.023g磷酸二氫氨(摩爾比為1:5:10)分別溶解于20mL無水乙醇中，將三種溶液混合，水浴40℃條件下攪拌反應(yīng)24h后，蒸發(fā)掉無水乙醇，得到白色固體粉末。

步驟2，將白色固體粉末在氬氣的氣氛爐中700℃煅燒5h，煅燒過程中的升溫速率和降溫速率分別為3℃/min，得到黑色固體粉末0.23g。

實施例2