[发明专利]一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及钠离子电池技术领域，尤其涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用。所述包括：将锌源和锡源充分溶解后混合制成悬浊液，通过离心、水洗、醇洗后得到白色的立方块状ZnSn(OH)₆，将其和碳源分散在水中并加热，然后搅拌至溶液呈黑色悬浊液，分离出其中的固体产物，将其洗涤后得到碳包覆立方块状ZnSn(OH)₆，然后将其与硫源分散在溶剂中，然后进行硫化处理，完成后分离出其中的固体产物，干燥即得。本发明针对当前钠离子电池负极材料所存在的可逆容量较小、循环性能较差等问题，引入碳包覆的立方块状硫化锌锡作为负极活性材料，制备二元金属硫化物的体系，可以显著提高钠离子电池的比容量和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，尤其涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着化石能源的日趋消耗及其所引起的环境污染问题日益严重，清洁能源的开发受到了人们越来越多的关注。但是，风能、太阳能等新能源受时间和地域的限制无法持续稳定的供能。因此，开发高性能的储能技术成为目前热门的研究方向之一。钠离子电池因其储量丰富、价格低廉的特性受到研究人员的关注，有望可以取代商业化的锂离子电池。受负极材料的影响，钠离子电池尚不能满足未来社会对于能量密度的高需求。金属硫化物作为氧化还原机制类的负极材料有着较高的理论比容量和首圈库伦效率，是新一代钠离子电池理想的负极材料。但是在充放电过程中产生巨大的体积变化和较差的导电性也限制了金属硫化物负极材料的发展。

发明内容

本发明的目的是解决当前钠离子电池的负极材料所存在的可逆容量较小、循环性能较差等问题。为此，本发明提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用。本发明的钠离子电池负极材料为碳包覆的立方块状硫化锌锡，具有高比容量和高稳定性的特点。

为实现上述目的，本发明公开下述方案：

首先，公开一种钠离子电池负极材料，其由立方块状的硫化锌锡(ZnSnS₃)以及包覆在该硫化锌锡表面的碳包覆层组成。

其次，公开一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.将锌源和锡源充分溶解后混合，搅拌得到悬浊液，通过离心、水洗、醇洗后得到白色的立方块状ZnSn(OH)₆；

S2.将所述ZnSn(OH)₆和碳源分散在水中并加热，然后搅拌至溶液呈黑色悬浊液后，分离出其中的固体产物，将其洗涤后得到碳包覆立方块状ZnSn(OH)₆；

S3.将所述碳包覆立方块状ZnSn(OH)₆和硫源分散在溶剂中，硫元素透过碳包覆层进行硫化，完成后分离出其中的固体产物，干燥后即得碳包覆的立方块状硫化锌锡(ZnSnS₃)。

再次，本发明公开所述钠离子电池负极材料及其制备方法在钠离子电池、锂离子电池/超级电容器/电催化等领域中的应用。

本发明负极材料的特点之一为：多元复合材料可以有效改善内部电荷传输，提高导电性，因此，本发明将ZnS和SnS结合制备两种合金材料组成的新型复合材料，以实现制备高性能钠离子电池负极材料的目标。

本发明负极材料的特点之二为：由于充放电过程中会发生大的体积波动，进而导致电极材料的粉化和集流体的剥落，最终造成快速的容量衰减和低的容量保持率。为此，本发明的负极材料为出立方块状，这种形态具有更稳定的结构，可以有效避免活性材料的聚集和坍塌，确保循环过程中结构的完整性。