[发明专利]一种双金属基钠离子电池负极材料

说明书

本发明提供了一种双金属基钠离子电池负极材料及使用该负极材料的钠离子电池，其特殊的“先插入、转化、再插入”逐步脱嵌Na⁺的机制确保了Na⁺的高效嵌入和脱出，大大提高了Na⁺的迁移率；反应过程中形成的高可逆性的Na_x‑In₆S₇骨架作为缓冲层可以缓解CuInS₂充放电过程中的巨大的体积变化，使其具有优异的循环稳定性；反应过程中生成的金属Cu可以加快电荷传输，增强钠电池的动力学性能。

技术领域

本发明涉及一种双金属基钠离子电池负极材料，具体涉及一种具有“先插入、转化、再插 入”逐步反应机制的钠离子电池负极材料。

背景技术

钠离子电池负极材料的工作机制分为插入、转换和合金化3种。插入型负极材料的循环 稳定性较好但是理论比容低。合金化和转换型材料虽然具有较大的理论比容量但是循环过程 中体积膨胀剧烈导致容量快速衰退。因此，采用单一机制的负极材料很难获得理想的电化学 性能，研究具有混合反应机制的复合材料，充分利用各组分的优势，是弥补各机制不足的有 效途径。如，通过水热法和后续退火处理制备了转换-合金化/插入型SbPO₄/rGO复合材料， 在0.5A g^-1电流密度下循环100周后可逆容量为280mA h g^-1，远高于初始SbPO₄(20mA h g^-1)；将插入型TiO₂与转换型MoSe₂复合，由于插入型与转换型机制之间的协同作用， TiO₂/MoSe₂复合材料的电化学性能较单独材料的性能大幅提升。虽然上述工作取得了令人鼓 舞的结果，但是仍存在以下挑战：

1)为了实现有效的性能传递，需要进行复杂的结构设计；

2)为了实现最佳性能，复合材料间的比例需要经过多次实验优化；

3)复合材料中不同组分之间的不兼容性导致了各组分不均匀结合和重复性差等问题；

4)不同组分间的界面电阻阻碍电荷转移，最终影响电池的整体动力学性能。

开发具有新型晶体结构的双金属化合物是避免复合材料不相容、不均匀和结构复杂的有 效方法之一。此外，双金属化合物中的每种组分充电/放电过程中可以发挥协同作用，导致整 体性能的提高。尤其是由于各组分的作用不同，双金属化合物表现出逐步转换-合金化反应， 从而表现出显著的电化学性能。然而，为了抑制双金属化合物巨大的体积变化需要添加插入 型的碳材料。因此，考虑到插入和转化/合金化机制之间的协同作用，建立新型的双金属基负 极，如逐步合金化-插入或转化-插入，为高性能负极材料的开发提供了更有效的途径，然而， 目前还缺乏相关的深入研究。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种“先插入、再转换、后插入”逐步反应机制的 双金属基CuInS₂钠离子电池负极材料。