[发明专利]一种钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钠离子电池负极材料及其制备方法，涉及电池负极材料制备技术领域，包括钴源溶液、咪唑类有机物溶液、碳化物溶液以及硒粉水合肼溶液的制备和反应，该方法以ZIF‑67为前驱体，通过水热反应原位制备了空心球状硒化钴/碳复合材料，该负极材料具有较高的导电性，较大的孔容、孔径，有利于钠离子在正负极间的迁移，同时该负极材料在有机电解质中具有良好的稳定性。作为钠离子负极材料表现出优异的容量发挥、倍率性能与循环稳定性。

技术领域

本发明涉及电池负极材料制备技术领域，具体涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

钠离子与锂离子同为化学元素周期表第Ⅰ主族元素，二者性质存在许多相似之处，理论上可推断，钠离子能够如锂离子一样被制作成二次电池。与锂离子电池相比，钠离子电池具有以下明显优势：原材料成本低，半电池电位(E⁰_Na+/Na＝E⁰_Li+/Li+0.3V)比锂离子高，适合使用分解电压更低的电解液，因此钠离子电池安全性能优于锂离子电池。

钠离子电池与锂离子电池类似，具有正极材料、负极材料、电解液、隔离膜，其电池原理也与锂离子电池相同。正极钠离子脱嵌通过电解液传输嵌入负极活性材料，产生充电电流；负极嵌入的钠离子脱嵌通过电解液传输重新嵌入正极活性物质，产生放电电流。现有的钠离子负极材料主要集中在碳质材料、过渡金属及合金类化合物等领域，如硬碳、碳纤维等碳质材料以及Sn、SnO₂、Sb等金属或金属硫族化合物。然而，这些负极材料在电化学反应过程中体积变化大，多次充放电后结构易损坏，循环寿命较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心球状硒化钴/碳复合材料复合材料及其水热合成方法，解决现有负极材料在电化学反应过程中体积变化大，多次充放电后结构易损坏，循环寿命较差的问题。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下具体步骤：

S1：将钴源溶于有机溶剂中，得到溶液A；

S2：将咪唑类有机化合物溶于有机溶剂中，得到溶液B；

S3：将溶液A倒入溶液B，搅拌150～240min得到前驱体；所述钴源、咪唑类有机化合物的摩尔比为1：5～10；

S4:将所述前驱体在惰性气体保护下300～500℃煅烧1～2h碳化，获得中间产物；

S5：将S4所得中间产物溶于水中，超声15～60min，获得溶液C；

S6：在封闭配液装置中将硒粉溶解于水和水合肼中，获得溶液D；所述封闭配液装置按需在封闭系统中周期性地连续自动配制和卸出溶液D；

S7：将溶液D和溶液C转移至高压反应釜中，搅拌一定时间后高温反应，得到新型钠离子电池负极材料。

优选地，所述钴源为水溶性硫酸钴、氯化钴、硝酸钴、醋酸钴中的一种；所述咪唑类有机化合物为咪唑、2-甲基咪唑、羰基二咪唑、甲苯咪唑中的一种；S1和S2中所述有机溶剂为无水甲醇或无水乙醇；所述惰性气体为氮气或氩气。

优选地，所述S5中间产物与水的比例为20～60mg：30mL；所述S6中硒粉的使用量为1～3mmol，水合肼的使用量为2～8mL，水的用量为2～8mL，搅拌时长为15～60min；所述S7中搅拌时长为15～60min，高温反应温度为160～220℃，反应时间为12～24h。