[发明专利]基于Sb/Sn磷酸盐的负极材料及其制备方法与在钠离子电池中的应用

说明书

本发明涉及基于Sb/Sn磷酸盐的负极材料及其制备方法与在钠离子电池中的应用，其中，基于Sb的磷酸盐负极材料为SbPO₄/rGO材料，所述的SbPO₄/rGO材料为在石墨烯纳米片上均匀生长有SbPO₄纳米棒；基于Sn磷酸盐的负极材料为SnP₂O₇/rGO材料，所述的SnP₂O₇/rGO材料为在石墨烯纳米片上均匀生长有SnP₂O₇纳米颗粒；本发明的负极材料以石墨烯为基底材料，增加了导电性，有利于电荷的传输，从而有利于电化学性质。具有很好的循环性能和倍率性能。组装成全电池之后，SbPO₄/rGO材料即使在1.2kW Kg^‑1的功率密度下，也有高达99.8Wh Kg^‑1的能量密度。SnP₂O₇/rGO材料在0.049kW Kg^‑1的功率密度下，能量密度高达120.8Wh kg^‑1。

技术领域：

本发明提供一种基于Sb/Sn磷酸盐的负极材料及其制备方法与在钠离子电池中的应用，属于钠离子电池技术领域。

背景技术：

锂离子电池作为一种新型储能装备已经受到广泛关注。目前商业的锂离子电池负极材料是石墨，理论比容量较低，能量密度无法满足大功率电器像电动汽车等的要求。与此同时，锂资源在地球中的含量匮乏并且分布不均，限制了锂离子电池在大型储能设备中的发展。相对而言，钠离子电池虽然能量密度较低，但在自然界中的含量丰富，与锂的化学性能类似，钠离子电池与锂离子电池的组成、原理相似，且具有容易提纯等优点，越来越受到科研工作者的青睐。但是由于钠离子半径比锂离子半径大，使得钠离子在晶格中脱嵌和传输相对困难，因此寻找高容量、长循环寿命、优异倍率性能的钠离子负极材料仍然是目前面临的一个挑战。

相对于脱嵌机制的负极材料(ACS Nano2018,12,1887)，合金机制的负极材料拥有更高的理论比容量和安全性能；相对于转化机制的负极材料(Nano Energy 2016,19,279)，合金机制的负极材料具有更低的电化学电位(Nanolett.2012,12,3783)，因而在组装全电池的时候具有更高的能量密度和功率密度。是一种极具应用潜力的钠电负极材料。但是它们也有自身的缺陷，比如在脱嵌钠的过程中，体积膨胀效应较大，导致结构更易坍塌，从而使得循环稳定性变差。对于合金机制的负极材料的改性是目前研究的重点和难点(Sci.Rep.2015,5,8418)。

相对于合金机制的P,Si等负极材料(Adv.Energy Mater.2017,8,1701827)，基于Sb和Sn的负极材料具有更高的导电性和小的极化电压，因而会表现出好的倍率性能。但是，Sb和Sn 的氧化物和硫化物，在其充放电过程中的产物Na₂O和Na₂S的导电较差，同时这些中间产物会溶于电解液，导致其循环性能和倍率性能差(Adv.Funct.Mater.2015,25,214)。因而Sb和Sn 的磷酸盐化合物引起了我们的关注，主要优势有以下几点：第一，他们都具有好的电化学活性而且是安全无毒的绿色材料(Chem.Mater.2015,27,6668)。第二，充放电过程中的中的中间产物Na₃PO₄作为一种离子导体能够缓解循环过程中的体积膨胀效应和减缓Na⁺的扩散阻力，有利于其电化学性能的发挥(Phys.Rev.B 2004,70,064302)。第三，磷酸盐在反应过程中可以形成三维的电子通道，大大提高了反应效率(J.Power Sources 2016,331,16)。综上所述，对Sb 和Sn磷酸盐的研究非常有意义。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于Sb/Sn磷酸盐的负极材料及其制备方法与在钠离子电池中的应用。