[发明专利]一种硼酸盐类钠离子电池负极材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种硼酸盐类钠离子电池负极材料及其制备和应用，材料制备时：将镍源、钴源和硼源以摩尔比2:1:2～3混合均匀，于氧化性气氛下烧结保温，冷却后即得到目的产物CoNi₂(BO₃)₂。与现有技术相比，本发明的CoNi₂(BO₃)₂材料，原料来源广泛、成本低廉、安全性能好并且环境友好，制备方法具有工艺流程简单，设备要求低，产品纯度高等特点，制得的CoNi₂(BO₃)₂材料表现出优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料技术领域，涉及一种硼酸盐类钠离子电池负极材料及其制备和应用。

背景技术

不断增长的可再生能源(风能、太阳能、潮汐能等)促使研究者们不断探索廉价、高效的储能系统。由于钠资源丰富、成本低廉等特点，使得钠离子电池技术对大规模电能存储和转换具有一定的吸引力，可作为锂离子电池的替代选择之一。由于钠离子半径远大于锂离子半径，使得传统的锂离子电池负极材料储钠性能较差。因此，研究探索高比容量、长循环寿命和高倍率的负极材料成为发展钠离子电池的关键。

在目前已知的负极储钠材料中，石墨材料由于钠离子半径较大，难以在石墨层中进行脱嵌反应，不适合用于钠离子电池负极材料。硬碳材料也被报道应用于钠离子电池负极材料，结果表明具有较好的储钠性能，比容量可达200-300mAh·g^-1(AdvancedFunctional Materials，2011，21(20):3859-3867)。金属及合金类负极材料因其具有高的比容量而受到人们的关注，杨汉西课题组采用纳米化以及梯度结构设计，采用球磨法制备了SiC-Sb-Cu-C核壳结构材料，其内核为SiC材料，在SiC内核表面制备一层Sb/Cu材料来提高导电率，最后再外核表面添加碳包覆层。制备的核壳材料表现出优异的循环稳定性，100圈循环后比容量保持有595mAh·g^-1(Electrochimica Acta，2013，87，41-45)。但此类材料，在充放电循环过程中，存在首次效率低，体积膨胀率大，循环寿命不理想等缺陷。

聚阴离子型化合物硼酸盐作为钠离子电池负极材料时，具有理论比容量高、储量丰富、环境友好及资源分布广等优点。Yang等采用水热法，制备出Zn₃B₂O₆，并作为钠离子电池负极材料，其研究结果发现，这种复合材料在钠离子电池中循环100次后比容量高达283.7mAh g^-1，并表现出优良的倍率性能(Bulletin of the Chemical Society of Japan，2018.)。随.着人们对钠离子电池储能探索不断深入，研究人员渴望开发具有高比容量、优异倍率性能等优异电化学性能且制备方法简单的新型材料，来满足钠离子电池储能的发展的需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种硼酸盐类钠离子电池负极材料及其制备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的之一在于提出了一种硼酸盐类钠离子电池负极材料，其化学式为CoNi₂(BO₃)₂。

进一步的，其为正交晶系，属于Pnmn空间群。晶体结构为粒镁硼石型。

本发明的目的之二在于提供了一种硼酸盐类钠离子电池负极材料的制备方法，将镍源、钴源和硼源以摩尔比2:1:2～3混合均匀，于氧化性气氛下烧结保温，冷却后即得到目的产物纯相CoNi₂(BO₃)₂。