[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，该制备方法采用化学气相沉积法在低温下制备得到螺旋纳米碳纤维，然后依次对螺旋纳米碳纤维进行碳化、酸化，最后将钼源、硫源和酸化后的螺旋纳米碳纤维混合，然后置于反应釜内进行水热反应，然后离心、冷冻干燥、退火即得到所述钠离子电池负极材料。该方法制备得到的钠离子电池负极材料具有良好的导电性和循环稳定性。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，特别涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

由于石油等不可再生能源日益短缺，并且燃烧石油产生的尾气对环境污染日趋严重。世界各国研究者均在寻找清洁能源和更加有效利用能源的新型能源装置。锂离子电池作为高比能电池体系，在便携式电子产品、电动工具和电动汽车领域得到了飞速发展。然而，受锂资源的限制，可能无法支持大规模储能电源的发展。因此，发展资源丰富，成本低廉的先进电池体系，是解决未来大规模储电应用的必然出路。钠元素与锂处于同一主族，化学性质相似，电极电势也比较接近，而且钠的资源丰富，提炼成本低。如果用钠替代锂，开发出工作性能优良的钠离子电池，将拥有比锂离子电池更大的竞争优势。因此，探寻高容量及优异循环性能的储钠电极材料已成为目前电池领域的研究热点。

二硫化钼材料由于具有非常高的理论比容量，被视为最具潜力的下一代钠离子电池负极材料，因此吸引大量研究人员关注。但是二硫化钼材料导电性差并且其在充放电过程中，体积膨胀太大，导致循环稳定性和倍率性能差。为改善二硫化钼的结构稳定性和导电性，很多研究者将碳质材料，如多孔碳、碳纳米管、碳微球、石墨烯等和二硫化钼进行复合，显著提高了二硫化钼的循环稳定性。

螺旋纳米碳纤维除具有一般碳质材料的耐热性、化学稳定性、热膨胀性和低密度性，还因其特殊的螺旋结构具有典型的手性特征和良好的弹性，从而广泛应用与电极材料、储氢材料、吸波材料和高性能增强复合材料等领域。

那么，怎样复合螺旋纳米碳纤维和二硫化钼得到导电性高和循环稳定性好的钠离子电池负极材料是本领域技术人员期望解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法，该制备方法能够制备得到导电性高、循环稳定性好的钠离子电池负极材料。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备螺旋纳米碳纤维：将催化剂置于管式炉内，通入保护气体，并在保护气体下升温至260~300℃，然后停止通入保护气体，通入乙炔气体，保温反应1-2 h，再停止通入乙炔气体，通入保护气体直至冷却至室温，得到螺旋纳米碳纤维；

（2）碳化：将步骤（1）得到的螺旋纳米碳纤维置于管式炉内，并保护气体下升温至600~800℃，然后保温反应1-5 h，得到碳化螺旋纳米碳纤维；

（3）酸化：用强酸对步骤（2）得到的碳化螺旋纳米碳纤维进行酸化，酸化1-4 h后过滤、洗涤至中性，然后冷冻干燥得到酸化螺旋纳米碳纤维；

（4）接枝：将钼源和硫源依次加入到步骤（3）得到的酸化螺旋纳米碳纤维中，并搅拌均匀，然后置于反应釜内进行水热反应，然后离心、冷冻干燥，最后再置于管式炉内，并在保护气体下升温至500~600℃，保温1~5h，即得到所述钠离子电池负极材料。

进一步地，所述催化剂为酒石酸铜和酒石酸亚铁中的一种或两种。

进一步地，乙炔气体的通入速率为70~120 mL/min。

进一步地，步骤（1）中保温温度为280℃~300℃。

进一步地，所述强酸为浓硝酸、浓硫酸或浓盐酸中的一种。

进一步地，步骤（3）中采用蒸馏水和乙醇重复洗涤。