[发明专利]一种NaZr2

说明书

一种NaZr₂(PO₄)₃负极材料的制备及其在钠离子电池中的应用。本发明提供了一种钠离子电池负极材料，所述负极材料组成为NaZr₂(PO₄)₃@C，其中，组分NaZr₂(PO₄)₃具有NASICON结构，C质量含量为5‑50％。所述负极材料可以通过高温固相法制备，也可以通过溶胶‑凝胶法制备。本发明所获得的负极材料具有较低的工作电压，较高的比容量、倍率容量和优异的循环稳定性。NaZr₂(PO₄)₃@C钠离子电池负极材料在0‑3V的电压范围内，50mA g^‑1时的比容量为215.5mAh g^‑1；8000mA g^‑1时的比容量为166.5mAh g^‑1，100mA g^‑1倍率下经过700次充放电循环的容量保持率为84％。

技术领域

本发明属于钠离子电池领域；具体涉及一种高性能NASICON型NaZr₂(PO₄)₃负极材料的制备及其在钠离子电池中的应用。

背景技术

近年来，可再生能源的高效利用迫切需要新型廉价的储能技术。在众多储能技术中，二次电池以其便携灵活的特点备受关注。目前，锂离子电池以其能量密度高和循环寿命长等优点已经在便携式电子设备产品中占领了主体市场；同时，锂离子电池作为电动汽车动力电池的最佳选择，发展势头日益强劲。随着锂离子电池在电动汽车的广泛应用，相关原材料的成本和储量正面临着严峻的问题。虽然钠离子电池的能量密度及发展成熟度尚不及锂离子电池，但钠资源储量丰富和成本低廉的优势对发展规模化储能大有裨益，有望成为锂离子电池在相关领域的有益补充。

电极材料，尤其是负极材料的研究开发是钠离子电池技术发展和应用的关键之一。碳基负极材料具有原料丰富、成本低廉等优点，备受国内外专家、学者的关注。碳材料负极包括石墨类和非石墨类。由于钠离子半径和石墨晶格参数的失配，石墨无法用作钠离子电池负极材料。硬碳作为碳材料负极中的一种，层间距较石墨更大，能够作为钠离子电池的负极材料。但是，在充电过程中离子扩散速度较慢，使得其具有较差的倍率性能。此外，转化型及合金型负极具有较高的理论容量，但是其在充放电的过程中伴随着严重地体积膨胀/收缩，循环性能较差。相比之下，具有NASICON结构的NaTi₂(PO₄)₃具有稳固的3D开放骨架结构，能够保证晶体内部快速的离子扩散，因而具有优异的倍率性能。但是，其较低的理论比容量及较高的工作电压限制了其实际应用。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的在于提供一种新型的NASICON结构的NaZr₂(PO₄)₃负极材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用，以提高钠离子电池的比容量、倍率容量和循环稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种钠离子电池负极材料，所述负极材料组成为NaZr₂(PO₄)₃@C，其中，组分NaZr₂(PO₄)₃具有NASICON结构，C质量占所述负极材料总质量的5-50％。

基于上述方案，优选地，C质量占所述负极材料总质量的10-20％。

另一方面，本发明提供了两种上述负极材料的制备方法，所述方法为高温固相法或溶胶-凝胶法；所述高温固相法包括如下步骤：

(1)配料：将含钠化合物、含锆化合物、含磷化合物以及碳源研磨混合均匀，所加入的原料中，钠、锆、磷的摩尔比为1∶2∶3；