[发明专利]钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池负极材料领域，具体涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着全球化石能源的不断消耗，能源的发展被迫转向可持续再生能源，如风能和太阳能，而这也推动了全球发展先进能源储存技术的势头。尽管锂离子电池(Lithium-ion battery，LIB)在商业上获得成功，但锂资源有限，随着对锂资源的需求不断增加，其将远远满足不了将来人们对储能方面的需求，锂将会成为一种枯竭速度更快的资源。而钠在地壳中的含量却高达2.64％，为锂的400倍，相比之下，钠资源比锂资源丰富的多，这也就意味着钠离子电池的成本将会比锂离子电池低的多。此外，除了合适的氧化还原电位之外，钠离子电池(Sodium-ion battery，NIB)还与锂离子电池共享类似的“摇椅”机制，这意味着可以有效地在NIB中实施用于LIB的现有材料。因此，在当前的市场形势下，开发低成本的钠离子电池具有重大的意义。

在各种电极材料中，具有超离子导电性能的NASICON结构的化合物(钠超离子导体)因为其坚固的三维框架能够提供长期的结构稳定性和长的循环寿命，并且增强了安全性，因此对研究者具有特别强的吸引力；同时在聚阴离子化合物中，钠离子嵌入脱出的通道得到明显增加，在充放电过程中晶体的结构也更加稳定。然而，这类材料通常导电性很差，这也导致电极实际容量远远低于其理论容量。为了克服这个缺点，迄今已经采用了包括减小材料粒度以及与材料复合等方法，如具有NASICON结构的NaTi₂(PO4)₃(NTP)是一种得到广泛研究与应用的钠离子电池负极材料，其电压平台在2.1V左右；然而，其裸材料只能提供约90mAhg^-1的有限容量，而且倍率性能很低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法，旨在解决现有钠离子电池负极材料的电压平台高、能量密度低、循环性能和倍率性差的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种钠离子电池负极材料，所述钠离子电池负极材料包括锰钛磷三元材料，且所述锰钛磷三元材料的通式为Mn_0.5Ti₂(PO₄)₃。

本发明另一方面提供一种上述钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

获得猛源、钛源、磷源和螯合剂；

将所述猛源、所述钛源、所述磷源和所述螯合剂溶于水中，并水浴干燥得Mn_0.5Ti₂(PO₄)₃溶胶；

将所述Mn_0.5Ti₂(PO₄)₃溶胶进行真空干燥或冷冻干燥得Mn_0.5Ti₂(PO₄)₃前驱体；

将所述Mn_0.5Ti₂(PO₄)₃前驱体在惰性气氛下进行煅烧处理得钠离子电池负极材料。

本发明提供的钠离子电池负极材料，包括锰钛磷三元材料，其中锰离子、钛离子、磷离子含有特定的摩尔比，即三种离子的摩尔比为1：4：6，相对现有技术具有如下优点：(1)具有较低的工作电压(0.4V左右)，其能量密度高，循环性能稳定，倍率性能良好，而且有较高的理论容量；(2)具有独特的块状结构、形貌均一、比表面积大特点，其具有较大的钠离子迁移通道，因此电化学性能好，有极大的研究和开发的价值。

本发明提供的钠离子电池负极材料的制备方法，主要将锰源，钛源，磷源，螯合剂通过溶胶凝胶法制得Mn_0.5Ti₂(PO₄)₃前驱体后在氩气下烧结而成。该制备方法工艺简便、快捷、成本低，而且工艺过程易于控制，最终制得的钠离子电池负极材料工作电压低、能量密度高，循环性能稳定，倍率性能良好等特点。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的钠离子电池负极材料的扫描电镜图；

图2为本发明实施例1提供的钠离子电池负极材料的XRD物相分析图；

图3为本发明实施例1提供的钠离子电池负极材料的恒流充放电曲线图；