[发明专利]碳包覆锡基负极材料、钠离子电池及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了碳包覆锡基负极材料、钠离子电池及其制备方法和应用。该碳包覆锡基负极材料包括锡酸钛钠和碳，锡酸钛钠的化学式为NaTiSnO₄，碳包覆于所述锡酸钛钠的表面，碳的含量为1％～10％，上述百分比为碳相对于碳包覆锡基负极材料的质量百分比。该碳包覆锡基负极材料的制备方法包括以下步骤：S1：将钠源、钛源、锡源、碳源和水混合，得到浆料；S2：将浆料喷雾干燥，得到前驱体；S3：将前驱体烧结，即得碳包覆锡基负极材料。该制备方法工艺简单，可以规模化制备，成本低。该碳包覆锡基负极材料在钠离子脱/嵌过程中零应变，结构稳定，充放电比容量高，循环性能好。可应用于制备钠离子电池，作为储能应用具有很大的优势。

技术领域

本发明涉及一种碳包覆锡基负极材料、钠离子电池及其制备方法和应用。

背景技术

规模储能需要储能系统廉价、安全、绿色、环保，在现有的规模储能方式中，电化学储能系统以其高效、灵活的特点受到广泛关注，也是目前国内外研究热点，钠元素在地球储量十分丰富，分布广泛、提炼简单，钠离子电池具有低成本化优势，有望作为大规模储能应用。

钠离子电池作为规模储能应用优势明显，但同时也存在挑战，特别是寻找电化学性能优异的电极材料困难。现阶段钠离子电池研究还比较少，可供选择的正负极材料不成熟，相应的制备工艺进展很有限，从而导致目前钠离子电池性能还远远达不到预期目标。因此，寻找并发展高性能钠离子电池电极材料就显得尤为重要。研究结果表明过过渡金属锡基材料具有较好的可逆嵌/脱钠特性。但过渡金属在与钠反应过程中体积膨胀收缩效应明显，反复充放电后电极材料容易发生破裂，导致电池容量衰减、循环性能变差。如何更有效的减缓体积效应一直是钠离子电池负极材料研究中的热点方向之一。

发明内容

本发明为克服现有技术中钠离子电池锡基负极材料体积效应过大、循环稳定性不理想的缺陷，从而提供了一种碳包覆锡基负极材料、钠离子电池及其制备方法。本发明制备的碳包覆锡基负极材料在钠离子脱/嵌过程中零应变，结构稳定，充放电比容量高，循环性能好。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

本发明提供了一种碳包覆锡基负极材料，其包括锡酸钛钠和碳，所述锡酸钛钠的化学式为NaTiSnO₄，所述碳包覆于所述锡酸钛钠的表面，所述碳的含量为1％～10％，上述百分比为所述碳相对于所述碳包覆锡基负极材料的质量百分比。

本发明中，所述碳的含量较佳地为1～5％，例如2％或3％。

本发明中，较佳地，所述碳均匀包覆于所述锡酸钛钠的表面。

本发明中，所述碳包覆锡基负极材料的形状可为球形。

本发明中，所述碳包覆锡基负极材料的粒径可为3～8μm。

本发明中，所述锡酸钛钠可由本领域常规制备方法制得，即使用本领域常规的钠源、钛源、锡源制备得到化学式为NaTiSnO₄的产物即可。

本发明提供了一种所述碳包覆锡基负极材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1：将钠源、钛源、锡源、碳源和水混合，得到浆料；其中，所述钠源、钛源、锡源以钠、钛、锡计的摩尔比为1：1：1；

S2：将浆料喷雾干燥，得到前驱体；

S3：将前驱体烧结，即得碳包覆锡基负极材料；

其中，所述碳包覆锡基负极材料包括锡酸钛钠和碳，所述锡酸钛钠的化学式为NaTiSnO₄，所述碳包覆于所述锡酸钛钠的表面，所述碳的含量为1％～10％，上述百分比为所述碳相对于所述碳包覆锡基负极材料的质量百分比。

在上述制备方法中，所述碳的含量较佳地为1～5％，例如2％或3％。