一种锡碳钠离子电池负极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种锡碳钠离子电池负极材料及其制备方法与应用，该负极材料的制备方法包括以下步骤：(1)将碳前驱体浸渍于磷酸溶液中，然后将浸渍处理后的碳前驱体进行第一次煅烧处理，得到多孔碳；(2)将步骤(1)制备的多孔碳浸渍于锡盐溶液中，加热处理后得到氧化锡/碳复合材料；(3)将步骤(2)制备的氧化锡/碳复合材料进行第二次煅烧处理，对煅烧产物进行酸洗，得到所述负极材料。本发明专利技术通过上述制备方法制备得到具有多孔碳支撑包裹锡的结构的负极材料，其中多孔碳不仅为负极材料提供连续的导电框架，且可缓冲由锡合金化所产生的应力，使包含该负极材料的钠离子电池具有高能量密度的同时，兼具高库伦效率以及优异的循环性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种锡碳钠离子电池负极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池
，涉及一种钠离子电池负极材料的制备方法与应用，具体涉及一种锡碳钠离子电池负极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池在3C类消费电子产品、新能源电动汽车以及可再生能源储存等领域得以广泛应用。有限的锂资源、不平衡分布及其高成本，不利于其在储能领域的规模化应用。同时，商业化的锂离子电池因石墨负极的结构特性阻碍了循环性能和倍率性能的进一步提升。钠离子电池具有与锂离子电池类似的储能机制，因兼具资源丰富、成本低廉等优势有望替代锂离子电池产品。
[0003]钠离子负极材料是钠离子电池的重要组成部分，而碳基材料，包括硬碳、软碳、石墨烯、碳纳米管等，因来源广泛、成本低廉、电子导电性高等，是目前最具应用前景的钠离子负极材料，但这类材料具有相对较低的理论储钠容量。而金属化合物或合金类负极材料虽具有较高的理论储钠容量，但这类材料在钠离子嵌脱钠过程中会发生较大的体积变化，导致电极结构破坏和活性物质脱落，从而降低电池的循环寿命和倍率性能。例如金属钠可以和锡发生反应，生成合金化合物，从而获得有更高的能量密度。但在储钠过程中，含锡的电极材料会发生较大的体积变化，材料整体结构不稳定，从而会导致电池的电化学性能迅速衰减。
[0004]基于此，目前亟需一种适用于钠离子电池，且可使钠离子电池兼具高能量密度及长循环寿命的负极材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种锡碳钠离子电池负极材料及其制备方法与应用，通过将碳前驱体依次经过磷酸浸渍处理、热解碳化得到多孔碳，然后利用具有吸附作用的碱性多孔碳使锡盐在多孔碳的孔隙中原位生长氧化锡，经二次煅烧得到锡碳复合材料。该锡碳复合材料可作为负极材料用于钠离子电池中，使包含该负极材料的钠离子电池兼具高能量密度以及长循环寿命。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将碳前驱体浸渍于磷酸溶液中，然后将经上述浸渍处理后的碳前驱体进行第一次煅烧处理，得到多孔碳；
[0009](2)将步骤(1)制备的多孔碳浸渍于锡盐溶液中，加热处理后得到氧化锡/碳复合材料；
[0010](3)将步骤(2)制备的氧化锡/碳复合材料进行第二次煅烧处理，然后对第二次煅烧处理得到的产物进行酸洗处理，得到所述负极材料。
[0011]进一步地，步骤(1)中，所述碳前驱体为木素、纤维素、竹粉、沥青、葡萄糖、酚醛树
脂、柠檬酸中的一种或多种。
[0012]进一步地，步骤(1)中，所述磷酸溶液中磷酸的质量占比为25～50％。
[0013]进一步地，步骤(1)中，所述浸渍处理的温度为20
‑
40℃，时间为12
‑
24h。
[0014]进一步地，步骤(1)中，所述第一次煅烧处理在惰性气体中进行，升温速率为0.5
‑
5℃/min，煅烧温度为1100
‑
1500℃，煅烧时间为2
‑
15h；所述惰性气体包括但不限于氮气、氩气、氦气中的一种或多种。
[0015]进一步地，在第一次煅烧处理过程中，惰性气体的流量为40
‑
80mL/min。
[0016]进一步地，步骤(2)中，所述锡盐溶液的浓度为0.2
‑
5M；所述锡盐为四氯化锡、四氯化锡水合物、二氯化锡、二氯化锡水合物的一种或多种。
[0017]进一步地，步骤(2)中，所述锡盐溶液由锡盐溶解于水中得到。
[0018]进一步地，步骤(2)中，所述加热处理的温度为40
‑
80℃，时间为10
‑
24h。
[0019]进一步地，步骤(3)中，所述第二次煅烧处理在惰性气体中进行，升温速率为5
‑
10℃/min，煅烧温度为700
‑
900℃，煅烧时间为2
‑
3h；所述惰性气体包括但不限于氮气、氩气、氦气中的一种或多种。
[0020]进一步地，步骤(3)中，所述酸洗处理采用的酸溶液由酸与水、有机溶剂混合得到，所述酸为盐酸、硝酸、硫酸中的一种或多种。
[0021]本专利技术第二方面提供了一种负极材料，所述负极材料由第一方面所述制备方法制备得到。
[0022]本专利技术第三方面提供了一种钠离子电池，包含第二方面所述的负极材料。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0024]1.本专利技术通过将磷酸浸渍处理后的碳前驱体进行热解碳化得到多孔碳，然后利用多孔碳的吸附作用，使多孔碳将锡盐溶液中的锡盐吸附至多孔碳的孔隙中，并利用多孔碳的碱性使锡盐在多孔碳的孔隙中原位生长氧化锡，再通过第二次煅烧处理使氧化锡被碳在高温条件下还原为锡，从而制备得到具有多孔碳支撑包裹锡结构的负极材料。该负极材料中锡的存在可提高负极材料的能量密度，而多孔碳一方面可提供连续的导电框架，提高负极材料的导电性，另一方面可作为锡合金化过程中的缓冲宿主，从而有效抑制锡的膨胀，提高负极材料的结构稳定；此外，本专利技术采用磷酸作为造孔剂以及P元素的掺杂剂，可进一步提高负极材料的电催化活性及储能密度。
[0025]2.由上述制备方法制备得到的锡碳复合材料可作为钠离子电池负极材料使用，使包含上述负极材料的钠离子电池可兼具高能量密度及长循环寿命，例如，以本专利技术制备的锡碳复合材料作为负极活性物质构筑的钠离子扣式半电池，其初始放电容量不低于540mAh/g，首次库伦效率不低于88％，且在电流密度为50mA/g、电压区间为0～2V下进行恒流充放电测试，循环500次后的容量保持率不低于90％。
附图说明
[0026]图1为实施例1制备的锡碳钠离子电池负极材料的SEM图。
具体实施方式
[0027]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术所述的“包括”或“包含”，意指其除所述组分外，还可以包括或包含其他组分。本专利技术所述的“包括”或“包含”，还可以替换为封闭式的“为”或“由......组成”。
[0028]如
技术介绍
所述，钠离子负极材料是钠离子电池的重要组成部分，其中碳基负极材料具有相对较低的理论储钠容量，而金属化合物或合金类负极材料虽具有较高的理论储钠容量，但这类材料在钠离子嵌脱钠过程中会发生较大的体积变化，导致电极结构破坏和活性物质脱落，从而降低电池的循环寿命和倍率性能。因此，有必要制备一种可使钠离子电池兼具高能量密度以及长循环寿命的负极材料。
[0029]为解决上述技术问题，本专利技术的实施例部分提供了一种钠离子电池负极材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种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：(1)将碳前驱体浸渍于磷酸溶液中，然后将经上述浸渍处理后的碳前驱体进行第一次煅烧处理，得到多孔碳；(2)将步骤(1)制备的多孔碳浸渍于锡盐溶液中，加热处理后得到氧化锡/碳复合材料；(3)将步骤(2)制备的氧化锡/碳复合材料进行第二次煅烧处理，然后对第二次煅烧处理得到的产物进行酸洗处理，得到所述负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳前驱体为木素、纤维素、竹粉、沥青、葡萄糖、酚醛树脂、柠檬酸中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述磷酸溶液中磷酸的质量占比为25～50％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述浸渍处理的温度为20
‑
40℃，时间为12
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24h；所述第一次煅烧处理在惰性气体中进行，升温速率为0.5
‑
5℃/min，煅烧温度为1100
‑
1500℃，煅烧时间为2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋绮雯，王翔翔，陈以蒙，董丰恺，江柯成，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：