一种钠离子电池用负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池用负极材料及其制备方法，采用CVD法制备纳米碳球，通过原位生长纳米SnO

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池用负极材料及其制备方法
本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及一种钠离子电池用负极材料及其制备方法。
技术介绍
随着化石能源的逐渐枯竭，以风能、太阳能、潮汐能为代表的新能源引起了全球各国的广泛关注。这些新能源都有利用率低、间歇性、难以并网发电的特点。为了使这些清洁可再生的新能源能够大规模使用，储能装置的发展势在必行。锂离子电池具有优秀的电化学性能，是目前商业化最成功的的电池，被广泛应用于手机、笔记本电脑和电动汽车等领域。但是，全球锂资源的储量有限且分布不均，锂离子电池作为大规模能量存储装置其成本太高，远远不能满足大规模使用新能源的需求。锂元素和钠元素在元素周期表中处于同一主族且位置相邻，具有非常相似的物理和化学性质；同时，钠离子电池具有钠资源储量丰富、成本低、环境友好和在地壳中分布均匀、以及具有与锂离子电池非常相似的储能机理。因此，钠离子电池被认为最有可能取代锂离子电池用于大规模能源存储系统。但钠离子电池也面临着容量较低的固有的缺点，由于钠离子半径大，寻找一种合适的嵌钠材料是一个难点。因此开发高比容量的负极材料势在必行。二氧化锡（SnO2）具有价格低、理论比容量高和能量密度高等优点，其作为锂离子电池负极材料被广泛研究。由于SnO2具有价格低、理论比容量高和能量密度高等优点，在钠离子电池中发挥空间很大，有望大幅度提高钠离子电池的容量。但由于充放电过程中SnO2会发生体积膨胀会从集流体上脱落。因此为了缓解膨胀带来的不利影响。为了解决上述问题，如专利技术专利20161004965.9公开了一种纳米颗粒组装球形SnO2钠离子电池负极材料的制备方法，以PVP和柠檬酸钠作为碳源采用水热法得到C/SnO2复合材料。但得到的材料在100mA/g的电流密度下，从首冲409mAh/g，70次循环衰减到225mAh/g，可见该材料循环稳定性不好，电化学性能并非出众。专利技术专利201610049015.6公开了一种棱柱组装球状SnO2钠离子电池负极材料的制备方法，1)将SnCl4·5H2O和C6H12N4分别溶于等量去离子水中，配制成溶液A和溶液B；2)在持续磁力搅拌作用下将B溶液缓慢加入A溶液形成均匀溶液C，向溶液C中逐滴加入NaOH溶液E，形成溶液D；3)进行均相水热反应；4)待反应结束后，取出前驱体，洗涤得到白色前驱体，冷冻干燥得到棱柱组装球状SnO2钠离子电池负极材料，但得到的材料在100mA/g的电流密度下，从首冲400mAh/g经过40次循环衰减到200mAh/g，可见容量保持率不足，循环稳定性不佳。虽然上述材料在一定程度上解决了SnO2体积膨胀的问题，但循环稳定性均较差，比容量低，尚不能满足人们对于负极材料的各项性能的高要求。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池用负极材料及其制备方法，解决现有基于SnO2负极材料循环稳定性不佳和比容量不足的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钠离子电池用负极材料的制备方法，包括如下步骤：1）在充满惰性气体的管式炉中，以5~7℃/min升温速率升温至600~800℃，然后关闭惰性气体，通入乙炔气体，充分反应，待反应完成后，关闭乙炔气体，通入惰性气体，直至冷却到常温，得到纳米碳球；2）将步骤1）得到的纳米碳球与SnCl4.5H2O粉末混合均匀，然后将其置于高压水热反应釜中充分反应，反应结束后，用无水乙醇和去离子水依次浸泡，干燥后，得到NCSs/SnO2；3）将步骤2）得到的NCSs/SnO2置于管式炉中，于惰性气体保护下热处理，即得到所述负极材料。这样，通过热处理的方式增加原位生长的纳米四方型SnO2的结晶程度，随着热处理温度的升高，焙烧过程中，纳米SnO2粒子部分发生烧结，SnO2结晶性增强，结晶度提高可以增加纳米SnO2的导电性，同时通过热处理增加更多的活性位点。另外，相较斜方型的SnO2导电性不佳，本专利技术得到的四方型纳米SnO2有着更佳的导电性，且拥有较大的不可逆容量，同时导电性提高使得电池内阻降低。作为优选的，所述乙炔的通入速率为90~110mL/min。作为优选的，所述纳米碳球与SnCl4.5H2O的质量比为1:1。作为优选的，所述水热反应是以2~4℃/min的速度升温至160~180℃条件下保温10~12h。作为优选的，所述干燥温度为80~100℃，时间为12~16h。作为优选的，所述热处理是以5~10℃/min的速度升温至600~1000℃条件下保温2h。本专利技术的另一个目的在于采用上述制备方法制得的负极材料。本专利技术的另一个目的在于上述负极材料在制作钠离子电池方面的应用相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术采用CVD法制备纳米碳球，通过原位生长纳米SnO2，将SnO2原位生长在纳米碳球上。由于纳米碳球独特的形貌和结构，纳米碳球颗粒尺寸均匀，分散性较好，形状规则，球形的颗粒有利于缩短锂离子的扩散路径，提高材料与电解液的接触，进而提高锂离子的迁移速率，为纳米二氧化锡在充放电过程中提供更多的膨胀空间，，使得纳米SnO2在发生合金化反应的时候解决体积膨胀问题。同时负载的纳米二氧化锡增加了纳米碳球的比容量。本专利技术将SnO2与纳米碳球复合得到的复合材料在保持良好循环稳定性的同时，可以大幅度提高钠离子电池容量和导电性能，解决了纳米SnO2导电性不佳的问题。2、本专利技术制备的负极材料，采用CVD法制备纳米碳球，温度低，耗能少，无需后续处理工序，简单、方便、经济。此法所用催化剂简单，方便节时。再采用简单水热反应将SnO2负载在纳米碳球上，通过调控水热反应的温度和反应时间来调控负载程度，再通过调控纳米碳球与五水四氯化锡的比例来控制负载量，以此来提高钠离子电池的电化学性能。最后经热处理工艺提高电极的导电性，降低钠离子电池的内阻。本专利技术制备的负极材料可以直接用做钠离子电池，对其结构进行表征和电化学特性进行测试，其在电池负极中展现良好的比容量、循环性能以及倍率性能，具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术制备的负极材料的扫描电镜图。图2为本专利技术制备的负极材料在100mA/g电流密度下的循环性能图；A为实施例1，B为实施例2。图3为本专利技术制备的负极材料在不同电流密度下的倍率性能图；A为实施例1，B为实施例2。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步详细说明。以下实施例中未对实验方法进行特别说明的，均为常规操作，所用试剂为普通市售。一、一种钠离子电池用负极材料的制备方法实施例11)将催化剂置于石英舟中，均匀铺平，将其置于装置的加热管内，在充满惰性气体的管式炉中，以5℃/min升温速率升温至600℃，关闭惰性气体，以速率为100mL/min通入乙炔气体，反应1h后，关闭乙炔气体，通入惰性气体，直至冷却到常温，得到纳米碳球。2)称取0.62g步骤1）得到的纳米碳球和0.62gSnCl4.5H2O粉末放入密封的粉碎本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠离子电池用负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1）在充满惰性气体的管式炉中，以5~7℃/min升温速率升温至600~700℃，然后关闭惰性气体，通入乙炔气体，充分反应，待反应完成后，关闭乙炔气体，通入惰性气体，直至冷却到常温，得到纳米碳球；/n2）将步骤1）得到的纳米碳球与SnCl

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池用负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在充满惰性气体的管式炉中，以5~7℃/min升温速率升温至600~700℃，然后关闭惰性气体，通入乙炔气体，充分反应，待反应完成后，关闭乙炔气体，通入惰性气体，直至冷却到常温，得到纳米碳球；
2）将步骤1）得到的纳米碳球与SnCl4.5H2O粉末混合均匀，然后将其置于高压水热反应釜中充分反应，反应结束后，用无水乙醇和去离子水依次浸泡，干燥后，得到NCSs/SnO2；
3）将步骤2）得到的NCSs/SnO2置于管式炉中，于惰性气体保护下热处理，即得到所述负极材料。


2.根据权利要求1所述钠离子电池用负极材料的制备方法，其特征在于，所述乙炔的通入速率为90~110mL/min。


3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，李瑞，卿龙，雷智强，唐利平，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51