[发明专利]一种钠/钾离子电池负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种钠/钾离子电池负极材料及其制备方法与应用，该电池负极材料具体为石墨烯包覆的金属有机框架基衍生的镍钴硫化物。所述的石墨烯包覆的金属有机框架基衍生的镍钴硫化物结构为三文治夹心状结构，通过湿化学法及后续硫化法处理制得。将该钠/钾离子电池负极材料用于钾离子电池负极，配合电解质为双氟磺酰亚胺钠/钾盐或三氟甲磺酸钠/钾盐，可获得比容量高，倍率性能好，循环性能优异钠/钾离子材料。与其他钠/钾离子电池负极材料配合常规电解质相比，所述材料可有效增加负极的质量比容量，从而提升全电池中的能量密度。同时由于其制备方法易于操作，有望实现大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于钠/钾离子电池负极材料技术领域，特别涉及一种钠/钾离子电池负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会和经济的飞速发展，能源危机问题变得日益严峻。传统能源，如煤、炭和石油等一次能源储量不足以满足人类发展的需求，并且在使用和开采过程中将产生大量对环境有害的气体与废弃物，这将加剧温室效应，从而进一步破坏人类赖以生存的地球环境。因此研究人员开始将研究目光转向其他可再生的新能源，如太阳能、风能、潮汐能和生物能等。但是这些能源供应具有间歇性，需要配备具有高效、廉价、安全、便捷的储能体系对其进行储能。其中使用最多的就是已经商业化的锂离子电池。然而，锂离子电池的发展也遇到了瓶颈，其电池容量和循环寿命越来越不能满足人们对于移动电子设备和电动汽车的要求。在电池系统中，电极材料的性能决定了整个电池性能。因此，开发先进、廉价、比容量高和长循环寿命的钠/钾离子电池材料显得十分必要。但是，钠离子和钾离子的离子半径都要比锂离子大，对大部分材料而言其嵌钠/脱钠和嵌钾/脱钾过程都较为困难。因此寻找一种适用于钠离子或钾离子嵌入脱出的材料成为了目前一个亟需解决的问题。目前一个研究热点是过渡金属硫化物的在钠/钾离子电池中的应用，即寻找一种价格低廉、电化学性能稳定及高效的金属硫化物用于钠/钾离子电池负极材料。其中，镍、钴、锰等及其复合硫化物用于钠/钾电池成为目前的一个研究热点(Small 2013,9,No.8,1321–1328；Chem.Commun.,2015,51,10486--10489)。但是，在通过对镍钴二元硫化物进行优化设计，并涉及配合电解质盐优化领域，依旧缺乏相关的数据支持。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种钠/钾离子电池负极材料的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的钠/钾离子电池负极材料，其为石墨烯包覆纳米棒形成的三文治夹心状三维结构。

本发明再一目的在于提供上述钠/钾离子电池负极材料配合电解质盐在钠/钾离子电池中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种钠/钾离子电池负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将镍盐、钴盐混合作为前驱物，与二羟基对苯二甲酸和水混合均匀，加热反应，反应结束后纯化得到金属有机框架粉末；

(2)将步骤(1)得到的金属有机框架粉末与氧化石墨烯水溶液混合，得到混合溶液，混合溶液冷冻干燥后得到氧化石墨烯包覆的金属有机框架混合物；

(3)将步骤(2)所得氧化石墨烯包覆的金属有机框架混合物与硫源混合后，在气体保护下煅烧进行硫化处理，得到石墨烯包覆的金属有机框架基衍生的镍钴硫化物，即为钠/钾离子电池负极材料。

步骤(1)所述镍盐为乙酸镍，硝酸镍和氯化镍中的至少一种；钴盐为乙酸钴，硝酸钴和氯化钴中的至少一种。

步骤(1)所述镍盐和钴盐的摩尔比为1：0.5～5。

步骤(1)所述前驱物与二羟基对苯二甲酸的质量比为1：0.5～20。

步骤(1)所述水的用量满足每20mmol镍盐对应加入200～1000mL水。