【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子储能器件，特别是涉及一种铋碳复合活性材料及其制备方法、铋碳复合电极和钠离子储能器件。
技术介绍
1、当前广泛应用的锂离子电池面临着锂资源短缺、成本高昂以及安全性能不佳等问题，因此，研发下一代性能更优秀的储能电池新体系迫在眉睫。在这方面，钠离子电池因其资源丰富、成本低廉、环保性好且与锂有着相似的物理和化学性质等特点，展现出了巨大的潜力。特别是在大规模储能系统、电动汽车和便携式电子设备领域，钠离子电池有着广阔的应用前景。
2、钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似，通过钠离子在正负极之间的嵌脱过程来实现充放电。然而，钠离子的离子半径较大、动力学速率较慢，这成为储钠材料发展的主要挑战。例如，在锂离子电池中，商业化的石墨材料具有较小的层间距和较低的理论容量（372 mah/g），但作为钠离子电池负极时，石墨在钠离子电池中的比容量很小，无法满足现有的能量密度需求，且石墨具有较低的嵌钠电位，在充放电过程中容易引起na枝晶产生，导致严重的安全问题，无法满足工业化需求。因此，需要研发高性能的储钠材料，以提高钠离子的扩散速率及比能量并推动其应用，这是钠离子电池研发的关键所在。
3、铋是一种在钠离子电池中被广泛研究的负极材料。铋对钠离子有很高的储存能力，其理论比容量高达385 mah/g。而且铋具有良好的电化学稳定性，这意味着它在充放电过程中不容易发生结构破裂或其他不利变化。然而，铋作为钠离子电池负极的主要挑战之一在于其循环性能仍然较差。由于钠离子的半径较大，钠离子的嵌入或脱出往往伴随着较大的体积变化，严重
技术实现思路
1、基于此，本专利技术提供了一种能够使钠离子储能器件具有较好的循环性能的铋碳复合活性材料及其制备方法、铋碳复合电极以及相应地钠离子储能器件。
2、本专利技术提出的技术方案如下：
3、根据本专利技术的第一方面，提供了一种铋碳复合活性材料，包括铋单质颗粒和硬碳，至少部分的所述硬碳包覆于所述铋单质颗粒的表面形成硬碳包覆层，或间杂于所述铋单质颗粒之间形成硬碳填充层。
4、在任意的实施方式中，所述铋碳复合活性材料的粒径为0.5μm~100μm。
5、在任意的实施方式中，所述铋碳复合活性材料中铋元素与碳元素的质量比为（0.5~100）：1。
6、根据本专利技术的第二方面，提供了一种本专利技术第一方面的铋碳复合活性材料的制备方法，包括以下步骤：
7、将含铋化合物与加热可碳化的有机物混合，得到前驱物；以及
8、加热所述前驱物，以使所述含铋化合物转化为铋单质颗粒，并使所述加热可碳化的有机物转化为硬碳。
9、在任意的实施方式中，所述含铋化合物包括拧檬酸铋、乙酸铋、碳酸铋、五水合硝酸铋、三氯化铋、氧化铋、氢氧化铋和含铋的非整比化合物中的一种或多种。
10、在任意的实施方式中，所述加热可碳化的有机物包括酚醛树脂、聚丙烯腈、纤维素、甲壳素、沥青、葡萄糖和三聚氰胺中的一种或多种。
11、在任意的实施方式中，所述将含铋化合物与加热可碳化的有机物混合，包括以下步骤：将所述含铋化合物和所述加热可碳化的有机物溶于溶剂中，搅拌均匀后干燥得到固体混合物，将所述固体混合物磨成粉末状。
12、在任意的实施方式中，所述将含铋化合物与加热可碳化的有机物混合，包括以下步骤：将所述含铋化合物和所述加热可碳化的有机物直接通过机械混合形成粉末状。
13、在任意的实施方式中，所述加热的温度为400℃~2000℃，所述加热的时间为1h~6h。
14、根据本专利技术的第三方面，提供了一种铋碳复合电极，包括本专利技术第一方面的铋碳复合活性材料，或者包括本专利技术第二方面的制备方法制备的铋碳复合活性材料。
15、根据本专利技术的第四方面，提供了一种钠离子储能器件，包括本专利技术第三方面的铋碳复合电极，铋碳复合电极作为钠离子储能器件的负极。
16、与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
17、本专利技术的铋碳复合活性材料，包括铋单质颗粒和硬碳，其中至少部分的硬碳包覆在铋单质颗粒的表面形成硬碳包覆层，或间杂在铋单质颗粒之间形成硬碳填充层；铋单质具有较高的钠离子存储容量，同时具有优异的倍率性能；铋单质颗粒外的硬碳能够起到保护作用，能够有效地缓解铋活性材料在电池充放电过程中的体积膨胀效应，提高电池的循环性能。外层的硬碳还可以提高铋金属的首圈库伦效率，同时也贡献一定的钠离子容量。通过将铋单质与硬碳相复合，能够有效地提高钠离子电池的循环性能，并使钠离子电池具有较高的首圈库伦效率和比容量，具有优异的电化学性能。
18、此外，本专利技术的铋碳复合活性材料的制备方法工艺流程简单、用料经济成本低、操作方便且绿色环保，适合于大规模生产。
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1.一种铋碳复合活性材料，其特征在于，包括铋单质颗粒和硬碳，至少部分的所述硬碳包覆于所述铋单质颗粒的表面形成硬碳包覆层，或间杂于所述铋单质颗粒之间形成硬碳填充层。
2.根据权利要求1所述的铋碳复合活性材料，其特征在于，所述铋碳复合活性材料的粒径为0.5μm~100μm。
3.根据权利要求1或2所述的铋碳复合活性材料，其特征在于，所述铋碳复合活性材料中铋元素与碳元素的质量比为（0.5~100）：1。
4.一种如权利要求1~3中任一项所述的铋碳复合活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的铋碳复合活性材料的制备方法，其特征在于，所述含铋化合物包括拧檬酸铋、乙酸铋、碳酸铋、五水合硝酸铋、三氯化铋、氧化铋、氢氧化铋和含铋的非整比化合物中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的铋碳复合活性材料的制备方法，其特征在于，所述加热可碳化的有机物包括酚醛树脂、聚丙烯腈、纤维素、甲壳素、沥青、葡萄糖和三聚氰胺中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的铋碳复合活性材料的制备方法，其特征在于，所述将含铋
8.根据权利要求4~7中任一项所述的铋碳复合活性材料的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为400℃~2000℃，所述加热的时间为1h~6h。
9.一种铋碳复合电极，其特征在于，包括权利要求1~3中任一项所述的铋碳复合活性材料，或者包括权利要求4~8中任一项所述的制备方法制备的铋碳复合活性材料。
10.一种钠离子储能器件，其特征在于，包括权利要求9所述的铋碳复合电极，所述铋碳复合电极作为所述钠离子储能器件的负极。
...【技术特征摘要】
1.一种铋碳复合活性材料，其特征在于，包括铋单质颗粒和硬碳，至少部分的所述硬碳包覆于所述铋单质颗粒的表面形成硬碳包覆层，或间杂于所述铋单质颗粒之间形成硬碳填充层。
2.根据权利要求1所述的铋碳复合活性材料，其特征在于，所述铋碳复合活性材料的粒径为0.5μm~100μm。
3.根据权利要求1或2所述的铋碳复合活性材料，其特征在于，所述铋碳复合活性材料中铋元素与碳元素的质量比为（0.5~100）：1。
4.一种如权利要求1~3中任一项所述的铋碳复合活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的铋碳复合活性材料的制备方法，其特征在于，所述含铋化合物包括拧檬酸铋、乙酸铋、碳酸铋、五水合硝酸铋、三氯化铋、氧化铋、氢氧化铋和含铋的非整比化合物中的一种或多种。
6.根据权利要求4...
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