[发明专利]基于2-丙烯腈的均聚物可低温碳包覆电极材料的方法

说明书

本发明涉及一种基于2‑丙烯腈的均聚物可低温碳包覆电极材料的方法，属于钠离子电池电极材料技术领域。本发明的方法为使用2‑丙烯腈的均聚物作为碳源，采用湿化学法结合煅烧的方法进行碳包覆。步骤为(1)将一定量的2‑丙烯腈的均聚物溶于溶剂中，而后将适量的电极材料充分分散于此溶液中，加热蒸发溶剂至溶液粘稠，超声，最后烘干溶剂得到前驱体；(2)将前驱体在一定温度和气氛下燃烧进行碳包覆。该方法过程简单、用料廉价、操作容易、可进行低温碳包覆提高电极材料导电性，可给在空气或氧气等环境中高温易氧化和/或易分解的电极材料涂覆高质量的碳涂层，还可提高电极材料的循环稳定性，是一种很有应用前景的碳包覆电极材料方法。

技术领域

本发明涉及一种基于2-丙烯腈的均聚物可低温碳包覆电极材料的方法，具体涉及一种基于2-丙烯腈的均聚物可低温碳包覆电极材料并提高电极材料电化学性能的方法，属于钠离子电池电极材料技术领域。

背景技术

在化石能源促进社会进步的同时，由于化石燃料的燃烧，大量的气体排放对地球环境造成了极大的影响。例如：二氧化碳的过度排放导致全球气候变暖和温室效应；二氧化硫的过度排放导致酸雨的形成和臭氧层的破坏。为此，利用绿色能源，减缓全球气候变暖已经成为世界各国的共识。

在绿色能源中，太阳能和风能因其巨大的电能产出而备受关注。而受其间断产能的产能方式，需要安全的储能系统将其产生的电能储存。在科技飞速发展的今天，电化学电池作为储能系统中的一员，因其出色的便携性，已融入生活中的每个角落。

锂离子电池因其较高的比能量，是电化学电池的典型代表，以锂离子电池为驱动力的新能源汽车已经成为人们的日常代步工具。

钠元素在地壳丰度中排名第6位(地壳丰度2.83％)，因此钠离子电池被认为是锂离子电池的潜在替代品，可应用在大规模储能等方面。

电极材料在电化学电池中起着决定性的作用，氧化物电极材料因其较高的比容量而被广泛作为正极材料用于钠离子电池当中。在电极材料制备过程中引入碳材料来提高导电性成为了提高电极材料的电化学性能的常用手段。

由于碳材料在空气中煅烧会转变成CO₂，常规的碳包覆方法有以下两种：(1)碳材料与电极材料利用球磨等工艺常温混合在一起；(2)碳材料的有机前驱体与电极材料混合，在惰性气氛下，600℃以上高温煅烧后有机前驱体分解产生碳材料对电极材料进行碳包覆。

对于方法(1)，混合得到的混合物存在碳包覆不均匀、性能不够优异等问题。

对于方法(2)，氧化物电极材料在与有机前驱体混合后在惰性气氛(如氩气、氮气等)中煅烧会发生还原反应，因此亟需一种可以在空气气氛中低温进行碳包覆的方法。

在用于钠离子电池的氧化物电极材料中，层状氧化物正极材料(例如Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂)因其不含昂贵稀有的Co元素，而备受关注，但较差的电化学性能影响其进一步应用。Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂中的Ni和Mn分别为+2价和+4价，在惰性气氛中和有机前驱体煅烧，Mn⁴⁺会发生还原反应，造成Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂的结构破坏。

许多电极材料，例如普鲁士蓝结构材料(例如Na₂MnFe(CN)₆)在空气或氧气等环境中高温易氧化和/或易分解，因此亟需一种可以在低温环境中，受煅烧气氛影响较小的碳包覆方法。

NASICON正极材料(例如Na₃V₂(PO₄)₃)由于其特殊的骨架结构致使导电性较差，使用碳包覆可以有效提高NASICON正极材料的电化学性能。