[发明专利]一种钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法，制备该负极材料的原料为邻苯二腈类有机物，通过将具有不同取代基的邻苯二腈材料在加热的条件下进行聚合，获得低聚的酞菁衍生物有机钠离子负极材料。将该类酞菁材料、导电剂与粘结剂按照一定比例制作成电极并进行电化学表征，并表现出优异的电化学活性。与现有技术相比，本发明材料具有良好的循环稳定性，在50mA/g的电流密度下，首圈放电容量达到659mAh/g，100次循环后仍稳定在315mAh/g。本发明通过简单有效的合成方法，得到了具有高电化学活性的钠离子负极材料，具有良好的经济效益，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，尤其是涉及一种钠离子电池用负极材料及其合成与电极制备方法。

背景技术

随着电子手表、移动手机和笔记本电脑等各类便携器件的快速发展，人们对高能量密度的电化学储能器件的需求越来越高。因此，锂离子电池顺应着时代的进步而被发展来满足各类需求，极大的方便了人们的日常生活。近些年电动汽车的发展使得对锂离子电池的需求猛增。由于地球上的锂资源的储量限制，大量的需求导致锂电池的成本增加。这些情况促进新型二次电池的发展。

金属钠，和金属锂同样属于碱金属元素。钠在地球上储量丰富，广泛的存在于地壳内和海水中。理论上金属钠同样可以用于二次电池，而且金属锂具有类似电化学动力学行为。广泛使用的锂离子电池的生产线只需少量改动即可用于生产钠离子电池，可以实现快速过渡。因此我们可以将钠元素代替锂元素，进而大规模生产廉价易得的可充电钠离子电池。但是钠离子较大的离子半径限制了钠二次电池的发展，商业用的锂电池负极碳材料不适用于钠离子电池，开发新型的钠离子电池负极材料是解决钠离子电池半径比较大的一个途径。

目前的负极材料研究主要集中在无机材料上，如Yang Cao等(Yang Cao,QingZhang,Yaqing Wei,Yanpeng Guo,Zewen Zhang,William Huang Kaiwei Yang,WeihuaChen,Tianyou Zhai,and Huiqiao Li.“A Water Stable,Near-Zero-Strain O3-LayeredTitanium-Based Anode for Long Cycle Sodium-Ion Battery”Adv.Funct.Mater.2019,1907023.)报道了一种层状金属氧化物材料作为钠离子电池的负极材料，该材料在10mA/g电流密度下，放电比容量保持在108mAh/g。虽然金属氧化物类材料在循环前期的电性能具有一定的优势，但是多次的脱/嵌钠离子过程会由于巨大的体积变化而导致材料整体结构的坍塌，活性物质从集流体表面脱落，电化学性能快速衰减。

各类硬碳材料也是科研人员研究的热点，如Hai-Yan Hu等(Hai-Yan Hu,Yao Xiaoetc.“A Stable Biomass-Derived Hard Carbon Anode for High-Performance Sodium-Ion Full Battery”Energy Technol.2021,9,2000730.)报道了利用甘蔗渣制备一种具有大比表面积的硬碳，并将这种碳作为钠离子电池的负极材料，在25mA/g的电流密度下，首次放电比容量为331mAh/g，活化后的稳定放电比容量保持在242mAh/g。由于硬碳材料大多来源于前驱体的碳化，因此对温度要求会比较高，而且制备过程较为繁琐。从节约成本的角度考虑，此类方法并不适合于大规模生产。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种放电比容量较高、循环性能稳定好的钠离子电池负极材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种钠离子电池负极材料，该负极材料中含有类酞菁类有机物，其中类酞菁类有机物的分子式为：

其中n＝3、4、5或6，R＝-H、-OH、-NH₂、-CH₃或-NO₂。