[发明专利]一种含氮碳包覆双金属硫化物的钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含氮碳包覆双金属硫化物的钠离子电池负极材料及其制备方法。本发明提供的制备方法为：首先用原位聚合的方法在双金属普鲁士蓝类配合物表面包覆上一层含氮聚合物，然后通过一步高温退火进行氮化、碳化及硫化，即得。有益效果为，该方法通过在双金属普鲁士蓝类配合物包覆氮碳，即保留了双金属离子杂合结构，以便在后续硫化过程中形成两种金属硫化物，通过两者的协同作用可提高负极材料的电化学性能，又有效的在负极材料中引入了氮和碳元素，一方面包覆的含氮碳能提高负极材料导电性，另一方缓冲负极材料在脱嵌钠过程中的体积膨胀；综上，本发明提供了一种高性能钠离子电池负极材料。

技术领域

本发明属于钠离子电池电极材料的制备领域，具体涉及一种含氮碳包覆双金属硫化物的钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于其长循环寿命，高能量密度的优点已经广泛应用于手机，电脑，智能电网，电动汽车等储能器件。然而，较高的成本(Li₂CO₃大约为5000$/t)限制了锂离子电池更远的应用。钠作为碱金属，表现了与锂相似的电化学性质。而且钠源丰富，成本低廉(Na₂CO₃的价格约为Li₂CO₃价格的十二分之一)，故近年来，长循环而安全有效的钠离子电池逐步被发展去满足人们对大规模能量存储技术的需求的逐步增大。电极材料作为电池的重要组成部分，研究钠离子负极材料对钠离子电池的发展至关重要。

金属硫化物作为钠离子负极材料，显示了高的理论比容量，较好的电化学导电性。然而，通常硫化物制备过程比较复杂，且有特殊气味。另一方面硫化物在脱嵌钠离子的过程中，金属硫化物将会发生较大的体积变化，从而影响其容量及倍率性质。通常有两种方法去解决这个问题，一种是将碳基材料与金属硫化物结合起来，能提高复合物导电性又能缓冲其体积膨胀；另一种是构筑杂合结构，利用两种或多种金属离子间相互的协同作用提高电化学性能。现有技术中尚无可有效结合上述两种方法以制备出高效钠离子电池负极材料的技术。

发明内容

本发明提供一种含氮碳包覆双金属硫化物的钠离子电池负极材料及其制备方法，旨在将碳氮基材料与金属硫化物结合起来作为钠离子电池负极材料，以提高电池负极材料导电性又能缓冲其体积膨胀，同时该电池负极材料中包含双金属杂合结构，利用两种金属离子间相互的协同作用提高电化学性能。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种含氮碳包覆双金属硫化物的钠离子电池负极材料的制备方法，其包括如下步骤：

S1.将双金属普鲁士蓝类配合物超声分散于蒸馏水中，然后加入含氮聚合物单体，冰浴下，搅拌分散，得混合液，在所述混合液中双金属普鲁士类配合物的浓度为0.5-2g/L，含氮聚合物单体的浓度为2-15g/L；

S2.在搅拌条件下，向S1的混合液中滴加自由基引发剂水溶液，滴加完成后，得反应液，继续搅拌至聚合完成，固液分离并将分离出的固体物质干燥，得含氮聚合物包覆的双金属配合物；

S3.将S2得到的含氮聚合物包覆的双金属配合物与硫脲按照1：1.5-2.5的质量比于反应器中混匀，然后在惰性气氛下升温至400-500℃，保温1-3h,即得所述含氮碳包覆双金属硫化物的钠离子电池负极材料。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择。

具体的，S1中双金属普鲁士蓝类配合物的双金属为Mn、Fe、Co、Cu、Ni、Cd和Zn中任意两种。

优选的，双金属普鲁士蓝类配合物的双金属为Mn和Fe。