[发明专利]一种生物质衍生碳复合过渡金属硫属化物固溶体的电极材料

说明书

本发明公开了一种生物质衍生碳复合过渡金属硫属化物固溶体的电极材料，包括生物质衍生的具有三维网状的空心管状结构的碳骨架和负载在碳骨架上的过渡金属硫属化物固溶体纳米颗粒；所述电极材料具有由ABX@BDC表示的化学组成，其中A,B独立选自过渡金属元素Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Zn和Sn中的一种，X为非金属元素S或Se，BDC为生物质衍生的碳骨架。本发明制备的电极材料比容量高，循环稳定性和倍率性能优。且在超高倍率下具有诱人的可逆容量、超长的循环寿命和良好的结构稳定性。原材料资源丰富、成本低廉，制备工艺简单，耗时少，反应条件也极易实现，可批量化生产，便于商业化应用，在钠离子电池中展现出了巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于钠离子电池材料技术领域，具体涉及一种生物质衍生碳复合过渡金属硫属化物固溶体的电极材料。

背景技术

随着科技和工业的飞速发展，能源和环境危机已成为21世纪人类社会面临的最大挑战之一。为了满足日益增长的能源需求和日益严格的环境法规，包括风、阳光、海浪和潮汐在内的可再生能源正逐渐成为化石燃料的潜在替代品。然而，这些对环境无害的能源并不能及时获得，而且在很大程度上受气候、季节和地区的影响，在这样的背景下，对储能装置提出了更高的要求，其中电化学储能系统因其建设周期短、容量可调、使用灵活等优点而备受关注。目前，能量转换与电化学储能技术相结合被认为是有效利用这些可再生能源的理想策略，并且储存的电能可以随时使用。自1991年索尼公司将锂离子电池商业化以来，锂离子电池由于其循环寿命长、能量密度高、速率性能好等优点，被广泛应用于便携式设备和电动汽车等领域并主导着世界电化学电源市场。但锂电池由于锂资源的稀缺性和分布不均，成本较高，无法完全满足大规模电力发电的需求。钠离子电池作为锂离子电池最具竞争力和前景的替代品，在成本、资源和安全方面具有明显的优势，可以实现可再生能源的大规模和低成本的应用。此外，由于钠和锂在元素周期表上属于同一主族，它们具有相似的化学性质和并行的工作原理。但是与锂离子电池系统相比，钠具有更大的离子半径(对于Na⁺vs对于Li⁺)，并且还原电位(300mV)比锂更高，这就对钠离子电池所用电极材料的提出了更高的要求。目前，一些成功应用于锂离子电池的材料已被证实在钠离子电池中由于较差的钠化/脱淀动力学而并不适用。此外较大的钠金属离子半径通常会导致固体电解质中间相层不稳定以及主体材料晶体结构塌陷，从而导致电化学性能下降。在这种情况下，非常需要探索具有高容量和循环稳定性的合适的负极材料。