[发明专利]一种三维大/介孔锑负极、制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种三维大/介孔锑负极、制备方法及其应用，以三维多孔铜为集流体，采用电沉积法沉积Zn‑Sb合金于所述集流体上，Zn‑Sb合金在所述三维多孔铜上的沉积量在0.5～2mg/cm²，再将所述Zn‑Sb合金中的Zn通过加热升华的方式去除，即得三维大/介孔锑负极。该三维大/介孔锑用作钠离子电池负极，可极大改善Sb的容量衰减问题，获得高比容量和循环稳定性，其在100mA·g^‑1的电流密度下的首次放电容量可达到710.6mAh·g^‑1，充放电5周后在电流增大到450mA·g^‑1，经过155周后其充电比容量仍保持451mAh·g^‑1，约为第1周的86％左右，约为第6周的94％左右。该制备方法工艺简单，可规模化生产，能耗低，环境友好。

技术领域

本发明属于钠离子电池电极材料技术领域，主要涉及一种三维大/介孔锑负 极、制备方法及其应用。

背景技术

随着电子设备的发展，高能量密度的锂离子电池在生活中扮演的作用越来 越重要，其生产成本已经大幅度增加。钠离子电池因与锂离子电池具有相同的 离子脱嵌原理、低廉的原材料价格，在大规模储能方面备受关注。在众多钠离 子电池负极材料中，传统锂电负极材料石墨碳没有嵌钠容量，硬碳材料脱钠电 位(0.1V vs.Na/Na⁺)接近钠的沉积电位，枝晶生长造成的电池内短路，从而 引发电池胀气、鼓包，在大规模的储能方向上使用更是不堪设想，所以寻找合 适的钠离子电池负极材料是一个迫切需要解决的问题。

在已知的钠离子电池负极材料中，基于合金化反应的Sb具有高理论比容量(660mAh·g^-1)和低平台电压(0.7V vs.S.H.E)等优点而备受关注，但是Sb 作为钠离子电池负极主要存在以下三个问题：(1)Sb合金化为Na₃Sb后其体积 膨胀至之前的390％，活性材料在体积膨胀的过程中粉化脱落问题严重；(2)低 电子电导率和离子电导率，使得活性材料的容量很难接近其理论值；(3)体积 膨胀导致首次充放电后的SEI膜不稳定，在随后的充放电过程中，库伦效率一 直保持在93％～95％，每次都有不同程度的容量损耗。

针对以上问题，目前现有技术中的改善方法主要包括：合金化改善导电性、 构筑复合材料和调控微观形貌减缓体积膨胀，提高Sb的电化学性能。现有技术 的改善方式多存在高能耗、制备条件苛刻(真空熔炼环境、上千伏的电压、高 的过电位等)，并改变了其充放电过程中原本的极化曲线和平台电位。Chan^[1]等用AAO模板的方法制备Sb-NiSb-Ni阵列结构，在66mA·g^-1的电流密度下循 环300圈后，容量仍有391mAh·g^-1，相当于59.2％的理论比容量；Zhu等^[2]用静 电纺丝法制备的Sb纳米纤维，在100mAh·g^-1的电流密度下300次循环后仍保 持350mAh·g^-1。

参考文献

[1]Chan Woo Lee,Jae-Chan Kim,Sangbaek Park,Hee Jo Song,Dong-Wan Kim,Highly stable sodium storage in 3-Dgradational Sb–NiSb–Ni heterostructures[J].Nano Energy,2015,5, 2211-2855.

[2]E.D.Jackson,S.Green,and A.L.Electrospun Sb/C Fibers for aStableand Fast Sodium-Ion Battery Anode[J].ACS Nano,2013,5,6378-6386.

发明内容