【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池电极材料制备，涉及一种二次电池负极材料，具体是一种复合负极材料、负极片及钠离子电池。
技术介绍
1、钠离子电池是一种新兴的二次电池技术，与锂离子电池类似，它依靠钠离子在正负极之间的迁移来实现电荷的储存和释放。在钠离子电池中，负极材料的选择对于电池的性能至关重要。目前，硬碳负极和合金类负极是钠离子电池负极材料的主要研究方向。
2、硬碳是一种很有前景的钠离子电池负极材料，具有合适的层间距能可逆存储钠离子，并且具有较高的结构稳定性和化学稳定性，导电性较强、环境友好和低氧化还原电位等优点。硬碳前驱体材料主要有树脂基、沥青基、生物质基等。树脂基硬碳的成本相对其他两种较高，但优势在于可以可控地构建的孔结构、表面化学成分。沥青成本低廉，在制备过程引入交联剂或氧化剂抑制类石墨结构的形成能获得硬碳材料。但随着市场需求的不断发展，不论是树脂基硬碳还是沥青基硬碳，均存在低成本制备路线下，容量难以突破350mah/g，且循环稳定性不佳。例如以绿色酚醛树脂为原材料制备的硬碳在37.2ma/g的电流密度下，可逆容量为270mah/g，仅稳定循环40圈(beda a,taberna p l,simon p,et al.hardcarbons derived from green phenolic resins for na-ion batteries[j].carbon,2018,139:248-257.)。以煤沥青为碳源，升华硫为硫源，采用两步热处理法制备了掺硫沥青基碳材料，在0.5a/g的电流密度下，首次循环可逆容量达到30
3、基于合金化反应的合金类负极材料因具有较高的理论容量和良好的循环性能而被认为是下一代电池负极的理想材料。如sn、bi、sb、zn、p及其二元合金如snsb,bisb等均可以与钠离子发生合金化反应，形成合金，从而提供超高的容量。例如，sn和sb在钠离子电池中的理论容量分别高达847mah/g和660mah/g。然而，合金负极材料在充放电过程中会发生严重的体积变化，导致材料粉化、容量衰减等问题，例如，choi等开发了一种熔融纺丝/化学蚀刻工艺来制造多孔无碳snsb负极，在50ma/g的电流密度下，其可逆容量可达到481mah/g，但电池仅稳定循环了100圈(choi j h,ha c w,choi h y,et al.porous carbon-freesnsb anodes for high-performance na-ion batteries[j].journal of powersources,2018,386:34-39.)。采用静电纺丝技术将sns0.9se0.1纳米颗粒封装到碳纳米纤维中，所制备的合金负极材料，在200ma/g的电流密度下，可逆容量高达700mah/g，然而电池也仅稳定循环了100圈(lu l,zhang l,zeng h,et al.enhanced cycling performance ofse-doped sns carbon nanofibers as negative electrode for lithium-ionbatteries[j].journal of alloys and compounds,2017,695:1294-1300.)。虽然合金类负极能达到理想的高可逆容量，但存在严重的体积膨胀稳定，循环稳定性差，容量易大幅度衰减。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出一种复合负极材料，合金类负极颗粒嵌入在树脂基/沥青基硬碳的内部，发挥硬碳的高结构稳定性与合金类负极材料的高可逆容量、高导电性的协同优势，实现高容量、良好倍率性能、长寿命的新型钠离子电池负极材料。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种复合负极材料，由合金类负极材料与树脂基硬碳或沥青基硬碳复合而成，合金类负极材料呈颗粒状嵌入在树脂基硬碳或沥青基硬碳的内部。
4、进一步地，所述合金类负极材料采用锑、锡、磷、硅、铋、锗中的一种或多种组合。
5、进一步地，所述树脂基硬碳采用环氧树脂、酚醛树脂、聚糠醇、聚氯乙烯、丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚丙烯中的一种或多种组合为碳源制备，所述沥青基硬采用煤焦沥青、石油沥青、天然沥青、合成沥青中的一种或多种组合为碳源制备。
6、一种复合负极材料的制备方法，以液相的树脂或熔融沥青为碳源，加入用于制备合金类负极材料的金属源，搅拌混合均匀，再经固化、交联或氧化处理，将金属源封闭在固化的树脂或沥青内部，最后经高温下无氧煅烧，得到树脂基/沥青基硬碳与合金类负极的复合负极材料。
7、进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：
8、步骤一，以树脂或沥青为碳源，向树脂或经加热熔融的沥青中加入用于制备合金类负极材料的金属源，搅拌混合均匀，得到树脂/沥青与金属源的混合物；
9、步骤二，向树脂/沥青与金属源的混合物中分别添加固化剂以及氧化剂或交联剂,得到固化后的树脂/沥青混合金属源前驱体；
10、步骤三，将固化后的树脂/沥青混合金属源前驱体进行高温煅烧碳化，得到树脂基/沥青基硬碳与合金类负极的复合负极材料。
11、进一步地，所述树脂采用环氧树脂、酚醛树脂、聚糠醇、聚氯乙烯、丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚丙烯中的一种或多种组合，所述沥青采用煤焦沥青、石油沥青、天然沥青、合成沥青中的一种或多种组合。
12、进一步地，所述金属源采用金属氧化物或金属盐，所述金属氧化物为锑、锡、磷、硅、铋、锗元素的氧化物或其中多种元素组合的氧化物，如sn2o、sn2o3、sn3o4、sn3o8、sn5o6、sn5o7、sno、sno2、bi13o20、bi16o25、bi19o30、bi25o38、bi2o3、bi2o5、bi3o2、bi3o5、bi307、bi4o5、bi4o7、bi4o9、bio、bio2、sb26o53、sb2o3、sb2o5、sb2o7、sb3o14、sb3o7、sb3o8、sb4o9、sb5o14、sb6o13、sbo2、sbo3、sbo4、sn2bi2o7、snbio4、snsbo4、ge2o3、ge3o、ge5o11、ge7o16、ge7o23、geo2、p203、p2o5、p2o9、p4o7、p4o9、po2、po3、po4、sio、sio2、sio4、bi12sbo20、bi3sbo7、bisbo3、b本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合负极材料，其特征在于，由合金类负极材料与树脂基硬碳或沥青基硬碳复合而成，合金类负极材料呈颗粒状嵌入在树脂基硬碳或沥青基硬碳的内部。
2.根据权利要求1所述的一种复合负极材料，其特征在于，所述合金类负极材料采用锑、锡、磷、硅、铋、锗中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的一种复合负极材料，其特征在于，所述树脂基硬碳采用环氧树脂、酚醛树脂、聚糠醇、聚氯乙烯、丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚丙烯中的一种或多种组合为碳源制备，所述沥青基硬采用煤焦沥青、石油沥青、天然沥青、合成沥青中的一种或多种组合为碳源制备。
4.一种如权利要求1中所述复合负极材料的制备方法，其特征在于，以液相的树脂或熔融沥青为碳源，加入用于制备合金类负极材料的金属源，搅拌混合均匀，再经固化、交联或氧化处理，将金属源封闭在固化的树脂或沥青内部，最后经高温下无氧煅烧，得到树脂基/沥青基硬碳与合金类负极的复合负极材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述树脂采用环氧树脂、酚醛树脂、聚糠醇、聚氯乙烯、丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚丙烯中的一种或多种组合，所述沥青采
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属源采用金属氧化物或金属盐，所述金属氧化物为锑、锡、磷、硅、铋、锗元素的氧化物或其中多种元素组合的氧化物，所述金属盐为锑、锡、磷、硅、铋、锗元素的金属盐或其中多种元素组合的金属盐。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述固化处理采用固化剂或直接加热固化，所述固化剂采用乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、马来酸酐、脂肪酸酐、磷酸、酚酞、酚酞酸、氨水、三聚氰胺、脲醛、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的一种，所述氧化处理采用氧化剂，所述氧化剂采用五氧化二磷、过氧化氢、高锰酸钾、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾中的一种，所述交联处理采用交联剂，所述交联剂采用聚酰亚胺、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中高温煅烧的工艺具体包括：在无氧气氛下，将含有金属源的固化树脂或沥青以预设的升温速率升温至预设温度煅烧碳化，待冷却降温后收集产物，再用纯水反复洗涤，烘干得到树脂基/沥青基硬碳与合金类负极的复合负极材料。
9.一种负极片，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的复合负极材料。
10.一种钠离子电池，包括正极片、负极片和间隔于所述正极片和所述负极片的隔膜，其特征在于，所述负极片为权利要求9所述的负极片。
...【技术特征摘要】
1.一种复合负极材料，其特征在于，由合金类负极材料与树脂基硬碳或沥青基硬碳复合而成，合金类负极材料呈颗粒状嵌入在树脂基硬碳或沥青基硬碳的内部。
2.根据权利要求1所述的一种复合负极材料，其特征在于，所述合金类负极材料采用锑、锡、磷、硅、铋、锗中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的一种复合负极材料，其特征在于，所述树脂基硬碳采用环氧树脂、酚醛树脂、聚糠醇、聚氯乙烯、丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚丙烯中的一种或多种组合为碳源制备，所述沥青基硬采用煤焦沥青、石油沥青、天然沥青、合成沥青中的一种或多种组合为碳源制备。
4.一种如权利要求1中所述复合负极材料的制备方法，其特征在于，以液相的树脂或熔融沥青为碳源，加入用于制备合金类负极材料的金属源，搅拌混合均匀，再经固化、交联或氧化处理，将金属源封闭在固化的树脂或沥青内部，最后经高温下无氧煅烧，得到树脂基/沥青基硬碳与合金类负极的复合负极材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述树脂采用环氧树脂、酚醛树脂、聚糠醇、聚氯乙烯、丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚丙烯中的一种或多种组合，所述沥青采用煤焦沥青、石油沥青、天然沥青、合成沥青中的一种或多种组合。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属源采用金...
【专利技术属性】
技术研发人员：王黎丽，黄灿，侯旗全，曾益炀，邓崇海，杨续来，胡坤宏，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。