[发明专利]纳米材料及其制备方法、电极和二次电池

说明书

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种纳米材料及其制备方法、电极和二次电池。本发明提供的制备方法，包括：将金属前驱体、磷源和含氮有机物溶解在溶剂中，制备混合液；将混合液进行加热反应，制备前驱体；将前驱体在惰性气体气氛下进行煅烧处理，制备氮掺杂碳包覆的焦磷酸盐材料。采用含氮有机物作为合成氮掺杂碳包覆材料的原料，在引入氮源的同时也引入了合成所需的碳源，促进合成具有核壳结构的氮掺杂碳包覆的焦磷酸盐材料，解决了现有锡基负极材料在充放电过程中由于严重的体积膨胀及粉化导致的循环稳定性差、倍率性能低、库伦效率低的问题。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种纳米材料及其制备方法、电极和二次电池。

背景技术

由于锂离子电池广泛应用于智能手机、电动汽车等领域，锂的需求量逐年快速增长，而锂资源的储量有限且分布不均，导致成本逐渐增高，因而难以满足人们对储能器件低成本、高容量的需求。钠、钾元素与锂元素为同一主族的元素，具有相近的物理化学性质，元素储量丰富，成本低廉，且工作机理和锂离子电池相似，因此基于钠离子、钾离子等的新型二次离子电池的开发受到广泛关注，成为替代锂离子电池的潜在新型储能器件。然而，钠、钾离子电池虽然具有诸多的优点，但是其同时也存在一定的问题，例如钠、钾离子的半径(Na⁺：K⁺：)较锂离子的半径大了很多，这导致钠、钾离子在电解材料中的动力学性能迟缓。近年来的研究发现，选择合适的负极材料能够提高钠、钾离子等新型二次离子电池的循环稳定性、倍率性能、比容量等电化学性能，因而，筛选合适的负极材料对于解决钠、钾离子电池的动力学性能迟缓问题具有重要意义。

传统的钠离子二次电池负极材料主要为碳材料、硅材料、磷材料以及金属氧化物、硫化物和锡基负极材料等，其中，碳材料的低电压平台容易导致钠枝晶的形成并引起严重的安全问题，且其理论容量较低，不能满足高能量密度和功率密度的要求；硅材料与磷材料的容量虽然高，但是其导电性较差，导致较差倍率性能；金属氧化物、硫化物、磷化物和锡基负极材料等虽然容量高并且导电性好，但是在充放电过程中存在着中间体的溶解以及体积膨胀的问题，容易造成电极粉化现象，从而导致循环性能差、倍率性能低和库伦效率低等问题。

现有技术中，尝试了多种用于改善锡化物负极材料体积膨胀和粉化的方法，一些实施例中，将石墨烯和金属阳离子前驱体加热溶解后于100℃-120℃下水热反应4-6小时以合成前驱体，洗涤、干燥后在氩氢气氛下400℃-550℃高温灼烧4-6小时，制得石墨烯纳米片上均匀生长有SnP₂O₇颗粒的终产物。另一些实施例中，采用可溶性淀粉和金属锡粉作为原料，采用微波水热法合成出SnP₂O₇/C微球，该微球内部弥散着大量的SnP₂O₇颗粒。其他的一些实施例中，以SnCl₄·5H₂O、C₂H₈O₇P₂(依替膦酸)、C₁₂H₂₂O₁₁(蔗糖)为原料，采用溶胶-煅烧法，在600℃下煅烧10h合成碳包覆的SnP₂O₇。虽然上述方法合成的材料在一定的程度能够缓解锡的体积膨胀和粉化的现象，但是合成出的材料应用在电池中表现出较差的循环性能与倍率性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种纳米材料的制备方法，旨在解决现有锡基负极材料在充放电过程中由于严重的体积膨胀及粉化导致的循环稳定性差、倍率性能低、库伦效率低的问题。

本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法制得的纳米材料。

本发明的又一目的在于提供利用了上述纳米材料的电极和二次电极。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种纳米材料的制备方法，包括以下步骤：