一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法。本发明专利技术提供的钠离子电池负极材料，包括海绵碳和原位生长在所述海绵碳骨架结构上的钼掺杂二氧化锡纳米片阵列；所述钼掺杂二氧化锡纳米片阵列占所述钠离子电池负极材料的质量百分比为30～45％。本发明专利技术将海绵碳作为导电骨架，还有助于缓解循环过程中二氧化锡发生的体积膨胀。同时在二氧化锡中掺杂钼来提高二氧化锡的导电性，加快钠离子在所述钠离子电池负极材料中的传输。纳米片增大了复合材料与电解液的接触面积，使得钠离子的嵌入和脱嵌更加充分。根据实施例的记载，本发明专利技术所述的钠离子电池负极材料具有良好的循环性能和倍率性能。

A negative electrode material of sodium ion battery and its preparation and Application

The invention relates to the technical field of electrode materials, in particular to a sodium ion battery cathode material and a preparation method thereof. The negative electrode material of the sodium ion battery provided by the invention includes sponge carbon and Molybdenum Doped Tin dioxide nano sheet array grown on the sponge carbon skeleton structure in situ; the mass percentage of the molybdenum doped tin dioxide nano sheet array in the negative electrode material of the sodium ion battery is 30-45%. The invention takes sponge carbon as a conductive framework, which is also helpful to alleviate the volume expansion of tin dioxide in the circulation process. At the same time, molybdenum is doped in the tin dioxide to improve the conductivity of the tin dioxide and accelerate the transport of sodium ion in the negative material of the sodium ion battery. The nano sheet increases the contact area between the composite and the electrolyte, which makes the embedding and deblocking of sodium ions more sufficient. According to the record of the embodiment, the negative electrode material of the sodium ion battery of the invention has good cycling performance and multiplying performance.

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电极材料
，尤其涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着全球经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，能源和环境问题也日益突出。作为电能储存的载体，锂离子二次电池由于具有能量密度高、循环寿命长、自放电效应小、对环境友好等优势，已被广泛应用在移动电话、数码便携产品等领域。然而由于锂在地球上的资源有限，人们开始寻找可以替代锂离子电池的新能源电池。在这样的背景下，钠离子由于具有和锂离子相似的物理和化学性能，同时地球储量大，成本低，而被认为是锂离子的潜在替代物。由于钠离子的半径比锂离子大，传统石墨负极根本无法容纳钠离子。因此，寻找合适的钠离子电池负极材料非常重要。近年来，金属氧化物，特别是氧化锡由于其较高比容量而受到广泛的关注。但是二氧化锡本身的导电性不强、充放电循环过程中伴随着较大的体积膨胀，极大的限制了其所为负极材料在电池中的应用。针对上述问题，目前主要是通过构建纳米结构的负极材料、与导电性强的碳或导电聚合物复合和掺杂等方式来缓解。然而通过上述缓解方式得到的负极材料需要涂敷在集流体上作为负极才能够参与充放电。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用，所述钠离子电池负极材料在具有良好的导电性、电化学循环稳定性和倍率性能的同时，还具有自支撑作用，无需将其涂覆在集流体上便能够参与充放电。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种钠离子电池负极材料，包括海绵碳和原位生长在所述海绵碳骨架结构上的钼掺杂二氧化锡纳米片阵列；所述钼掺杂二氧化锡纳米片占所述钠离子电池负极材料的质量百分比为30～45％。优选的，按照原子百分比计，所述钠离子电池负极材料中，钼的原子百分比为0.5～1.5％。本专利技术还提供了上述技术方案所述的钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：将锡源、钼源、浓盐酸、巯基乙酸、尿素和水混合，得到混合溶液；将海绵碳置于所述混合溶液中，依次进行水热反应和烧结，得到钠离子电池负极材料。优选的，所述锡源和钼源的摩尔比为(1.0～1.6)：(0.05～0.35)；所述锡源以锡计，所述钼源以钼计。优选的，所述浓盐酸的质量浓度为37％；所述尿素、巯基乙酸、浓盐酸、锡源和水的用量比为(0.8～1.2)g：(18～22)μL：(0.8～1.2)mL：(1.0～1.1)mmol：(75～85)mL；所述锡源以锡计。优选的，所述海绵碳与所述混合溶液的用量比为(1.2～5.6)g：(70～80)mL。优选的，所述水热反应的温度为110～130℃，所述水热反应的时间为8～12h。优选的，所述烧结在保护气氛中进行；所述烧结的温度为450～650℃，升温速率为1～2℃/min，所述烧结的保温时间为2～5h。优选的，所述海绵碳的制备方法包括以下步骤：在惰性气氛下，将三聚氰胺海绵进行高温碳化，得到海绵碳；所述高温碳化的温度为750～850℃，升温速率为4.5～5.5℃/min，所述高温碳化的保温时间为1～3小时；将所述海绵碳置于所述混合溶液中前，对海绵碳进行亲水处理。本专利技术还提供了上述技术方案所述的钠离子电池负极材料或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的钠离子电池负极材料在钠离子电池中的应用。本专利技术提供了一种钠离子电池负极材料，包括海绵碳和原位生长在所述海绵碳骨架结构上的钼掺杂二氧化锡纳米片阵列；所述钼掺杂二氧化锡纳米片阵列占所述钠离子电池负极材料的质量百分比为30～45％。本专利技术将海绵碳作为导电骨架，保证能够起到自支撑作用，从而使得其在作为电极材料时，无需涂覆在集流体上，还有助于缓解循环过程中二氧化锡发生的体积膨胀。同时在二氧化锡中掺杂钼来提高二氧化锡的导电性，加快钠离子在所述钠离子电池负极材料中的传输。纳米片增大了复合材料与电解液的接触面积，使得钠离子的嵌入和脱嵌更加充分。根据实施例的记载，本专利技术所述的钠离子电池负极材料具有良好的循环性能和倍率性能。附图说明图1为实施例1制备得到的海绵碳在不同倍数下的SEM图(a为10倍数下的SEM图，b为20倍数下的SEM图)；图2为实施例1制备得到的钠离子电池负极材料在不同倍数下的SEM图(a为10倍数下的SEM图，b为20倍数下的SEM图，c为100倍数下的SEM图)；图3为实施例1制备得到的钠离子电池负极材料在不同倍数下的TEM图(a为200倍数下的TEM图，b为1000倍数下的TEM图，c为TEM下进行测试的50倍数下的EDS图)；图4实施例1制备得到的钠离子电池负极材料在不同倍数下的XRD图；图5为实施例1制备得到的钠离子电池负极材料作为负极材料的钠离子电池在0.1A·g-1、0.2A·g-1、0.5A·g-1、1A·g-1的电流密度下的倍率性能图；图6为实施例1制备得到的钠离子电池负极材料作为负极材料的钠离子电池在0.1A·g-1的电流密度下循环100圈的放电容量和库伦效率图。具体实施方式本专利技术提供了一种钠离子电池负极材料，包括海绵碳和原位生长在所述海绵碳骨架结构上的钼掺杂二氧化锡纳米片阵列；所述钼掺杂二氧化锡纳米片阵列占所述钠离子电池负极材料的质量百分比为30～45％。在本专利技术中，所述钠离子电池负极材料包括海绵碳；所述海绵碳呈现三维导电骨架结构。在本专利技术中，所述海绵碳占所述钠离子电池负极材料的质量百分比优选为55～70％，更优选为60～65％。在本专利技术中，所述钠离子电池负极材料还包括原位生长在所述海绵碳骨架结构上的钼掺杂二氧化锡纳米片阵列；所述钼掺杂二氧化锡纳米片阵列由钼掺杂二氧化锡纳米片相互交错排列(例如图3所示的结构)。在本专利技术中，所述交错排列的钼掺杂二氧化锡纳米片更有利于增大负极材料与电解液的接触面积，在一定程度上缓解了锡的聚合。在本专利技术中，所述钼掺杂二氧化锡纳米片的厚度优选为10～15nm，更优选为11～14nm，最优选为12～13nm。所述钼掺杂二氧化锡纳米片的粒径优选为15～40nm，更优选为18～35nm，最优选为20～30nm。在本专利技术中，所述钼掺杂二氧化锡纳米片阵列占所述钠离子电池负极材料的质量百分比优选为30～45％，更优选为35～40％。按照原子百分比计，所述钼掺杂二氧化锡纳米片阵列中，钼在所述钠离子电池负极材料中的百分比优选为0.5～1.5％，更优选为0.8～1.2％。所述钼以替代部分锡原子位点的形式存在。本专利技术还提供了上述技术方案所述的钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：将锡源、钼源、浓盐酸、巯基乙酸、尿素和水混合，得到混合溶液；将海绵碳置于所述混合溶液中，依次进行水热反应和烧结，得到钠离子电池负极材料。在本专利技术中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。本专利技术将锡源、钼源、浓盐酸、巯基乙酸、尿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠离子电池负极材料，其特征在于，包括海绵碳和原位生长在所述海绵碳骨架结构上的钼掺杂二氧化锡纳米片阵列；/n所述钼掺杂二氧化锡纳米片占所述钠离子电池负极材料的质量百分比为30～45％。/n

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池负极材料，其特征在于，包括海绵碳和原位生长在所述海绵碳骨架结构上的钼掺杂二氧化锡纳米片阵列；
所述钼掺杂二氧化锡纳米片占所述钠离子电池负极材料的质量百分比为30～45％。


2.如权利要求1所述的钠离子电池负极材料，其特征在于，按照原子百分比计，所述钠离子电池负极材料中，钼的原子百分比为0.5～1.5％。


3.权利要求1或2所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将锡源、钼源、浓盐酸、巯基乙酸、尿素和水混合，得到混合溶液；
将海绵碳置于所述混合溶液中，依次进行水热反应和烧结，得到钠离子电池负极材料。


4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锡源和钼源的摩尔比为(1.0～1.6)：(0.05～0.35)；
所述锡源以锡计，所述钼源以钼计。


5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述浓盐酸的质量浓度为37％；
所述尿素、巯基乙酸、浓盐酸、锡源和水的用量比为(0.8～1.2)g：(18～22)μL：(0.8～1.2)mL：(1.0～1.1)mmo...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂江平，王敏雅，杨涛，王秀丽，
申请(专利权)人：浙江大学山东工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37