一种复合负极材料及其制备方法与钠离子电池技术

本发明专利技术提供一种复合负极材料及其制备方法与钠离子电池，涉及电池技术领域，所述制备方法包括如下步骤：S1：将碳源与锡源混合，得到前驱体；S2：将所述前驱体于150

【技术实现步骤摘要】
一种复合负极材料及其制备方法与钠离子电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种复合负极材料及其制备方法与钠离子电池。

技术介绍

[0002]钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似，利用钠离子在正负极之间的嵌脱过程实现充放电；钠离子电池与锂离子电池的主要区别是钠离子代替了锂离子，由于钠离子资源丰富，同时锂离子价格昂贵，使得钠离子电池具有广阔的应用前景。由于工作原理类似，锂离子电池领域的材料大部分对于钠离子电池来说是适用的，但是由于钠离子的离子半径大于锂离子半径，因此，锂离子电池常用的石墨负极材料并不能有效的嵌入/脱出钠离子，因此，有必要开发一种新型的能够适用于钠离子电池的负极材料。
[0003]锡(Sn)具有较高的能量密度(847mAh/g)和高电导率，同时具有类似于石墨的平稳的放电平台，是一种有希望取代碳材料的负极材料；但是将锡用作钠离子电池的负极材料时，锡与钠形成合金后，膨胀率过高，导致钠离子电池的循环性能较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：为了解决现有技术中将锡用作钠离子电池的负极材料时，导致钠离子电池的循环性能较差的问题，本专利技术提供了一种复合负极材料的制备方法，通过碳材料对纳米锡进行包覆，得到一种Sn
‑
C复合负极材料，改善循环性能，解决了现有技术中将锡用作钠离子电池的负极材料时导致钠离子电池的循环性能较差的问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1：将碳源与锡源混合，得到前驱体；
[0008]S2：将所述前驱体于150
‑
200℃进行缩聚固化后，经破碎和粉磨，得到粉末状的热固性前驱体；
[0009]S3：利用放电等离子体炉对所述热固性前驱体进行烧结碳化反应，得到块状硬炭材料；
[0010]S4：对所述块状硬炭材料进行粉碎，得到复合负极材料。
[0011]可选地，利用放电等离子体炉对所述热固性前驱体进行烧结碳化反应的工艺条件为：升温速率为300
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500℃/min，初始施加电压为2
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5V，反应压力为10
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20MPa，烧结时间为3
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10min；加热过程中的功率为3
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4kW，电压为3
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6V；当反应温度到达900
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1100℃时，保温1分钟，随后将输出功率降为1kW，并将电压调整为3V，随后将设备降温，自然冷却至室温。
[0012]可选地，所述碳源与所述锡源的质量比为10
‑
20:1。
[0013]可选地，所述锡源包括纳米锡。
[0014]可选地，所述碳源包括腐植酸与树脂。
[0015]可选地，所述树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、糠醛树脂中的至少一种。
[0016]可选地，所述腐植酸与所述树脂的质量比为2：(1
‑
6)。
[0017]本专利技术的另一目的在于提供一种复合负极材料，通过如上所述的复合负极材料的制备方法进行制备。
[0018]本专利技术的再一目的在于提供一种钠离子电池，包括如上所述的复合负极材料。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术提供的复合负极材料的制备方法，通过将碳源与锡源混合后得到的前驱体加热缩聚，再进行烧结碳化，使得炭材料对锡源进行包覆，从而避免将该复合负极材料用于钠离子电池时锡与钠形成合金，出现膨胀率过高的现象，进而改善钠离子电池的循环性能。
附图说明
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0022]图1是本专利技术实施例1制备的复合负极材料的TEM照片。
具体实施方式
[0023]现在对本专利技术作进一步详细的说明。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制，基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]为解决现有技术中将锡用作钠离子电池的负极材料时循环性能较差的问题,本专利技术提供一种复合负极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0025]S1：将碳源与锡源混合，得到前驱体；
[0026]S2：将前驱体于150
‑
200℃进行缩聚固化后，经破碎和粉磨，得到粉末状的热固性前驱体；
[0027]S3：利用放电等离子体炉对热固性前驱体进行烧结碳化反应，得到块状硬炭材料；
[0028]S4：对块状硬炭材料进行粉碎，得到复合负极材料。
[0029]本专利技术提供的复合负极材料的制备方法，通过将碳源与锡源混合后得到的前驱体加热缩聚，再进行烧结碳化，使得炭材料对锡源进行包覆，从而避免将该复合负极材料用于钠离子电池时锡与钠形成合金，出现膨胀率过高的现象，进而改善钠离子电池的循环性能。
[0030]此外，由于Sn熔点仅为232℃，本专利技术中的复合负极材料制备过程中，如果进行烧结碳化加热(温度1000℃左右)时间过长，纳米锡将熔化、团聚，形成大颗粒，进而影响复合负极材料的性能；本专利技术在步骤S3中通过放电等离子体炉对热固性前驱体进行烧结碳化反应，由于放电等离子体炉是将电阻加热、热压烧结和等离子体运动相结合的电场辅助烧结工艺，因此，本专利技术经过采用焦耳热、高压等电场辅助作用的放电等离子体炉(SPS)工艺，可短时间内制备出结构良好的Sn
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C复合负极材料，在高温和高压协同的热压反应情况下，热固性前驱体可以在短时间内形成更低氧含量和更低孔隙率的产品，且纳米Sn不会发生熔化并团聚，从而进一步改善复合负极材料的性能，进而进一步改善钠离子电池的循环性能。
[0031]具体的，本专利技术优选利用放电等离子体炉对热固性前驱体进行烧结碳化反应的工艺条件为：升温速率为300
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500℃/min，初始施加电压为2
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5V，反应压力为10
‑
20MPa，烧结时间为3
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10min；加热过程中的功率为3
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4kW，电压为3
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6V；当反应温度到达900
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1100℃时，保温1分钟，随后将输出功率降为1kW，并将电压调整为3V，随后将设备降温，自然冷却至室温。
[0032]通过采用SPS工艺，结合原料特性，可在升温速率达300℃/min和保温时间仅1min就可制备出结构良好的Sn
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C复合负极材料，在避免纳米锡熔化、团聚的前提下，实现了对纳米锡的包覆，解决了因锡与钠形成合金而出现膨胀率过高的现象，改善了复合负极材料的循环性能，并缩短了制备时间，提高了制备效率。
[0033]为保证复合负极材料的综合性能，本专利技术优选步骤S1中碳源与锡源的质量比为10
‑
20:本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将碳源与锡源混合，得到前驱体；S2：将所述前驱体于150
‑
200℃进行缩聚固化后，经破碎和粉磨，得到粉末状的热固性前驱体；S3：利用放电等离子体炉对所述热固性前驱体进行烧结碳化反应，得到块状硬炭材料；S4：对所述块状硬炭材料进行粉碎，得到复合负极材料。2.如权利要求1所述的复合负极材料的制备方法，其特征在于，利用放电等离子体炉对所述热固性前驱体进行烧结碳化反应的工艺条件为：升温速率为300
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500℃/min，初始施加电压为2
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5V，反应压力为10
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20MPa，烧结时间为3
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10min；加热过程中的功率为3
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4kW，电压为3
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6V；当反应温度到达900
‑
1100℃时，保温1分钟...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑨，谢皎，
申请(专利权)人：成都佰思格科技有限公司，
类型：发明
国别省市：