一种线团状氮硫氧共掺杂钠离子电池负极材料及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115849342A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211675991.4H01M4/36(2006.01)(22)申请日2022.12.26H01M4/587(2010.01)H01M10/054(2010.01)(71)申请人河北中煤旭阳能源有限公司H01M4/62(2006.01)地址054000河北省邢台市襄都区东升大B82Y30/00(2011.01)街888号B82Y40/00(2011.01)(72)发明人金文武于守立尹天长杨洪庆赵小欣张青青闫晓宇张晓柱张建欣梁瑞凯白俊娟张国卿韩乐侯雪梅赵世超陈素广石海刚李亚岭许士钢(74)专利代理机构北京金信知识产权代理有限公司11225专利代理师陈露钱程(51)Int.Cl.C01B32/15(2017.01)权利要求书1页说明书7页附图3页(54)发明名称一种线团状氮硫氧共掺杂钠离子电池负极材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种线团状氮硫氧共掺杂钠离子电池负极材料及其制备方法，以对苯二酚甲醛树脂纳米带线团为基底，在高压反应釜中促使乙撑胺类物质、二硫化碳及二氧化碳原位聚合于基底表面，并得到含有硫/氮元素的碳前驱体原料，在通过简单的一步碳化法得到线团状氮硫氧共掺杂负极材料，该线团状氮硫氧共掺杂负极材料可以有效缓解充放电过程中负极材料的体积膨胀，避免负极损坏并延长循环稳定性。通过简单的一步碳化，含有氮/硫的高分子材料在对苯二酚甲醛树脂衍生碳表面形成包覆壳，该结构可以提高负极材料首次充放电效率，同时氮硫氧共掺杂可以改善负极与电解液的润湿性，缩短钠离子传输距离。CN115849342ACN115849342A权利要求书1/1页1.一种线团状氮硫氧共掺杂钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将对苯二酚甲醛树脂纳米带线团、乙撑胺和溶剂在冰水浴下混合，然后加入二硫化碳，升温至25～30℃，待体系压力达到饱和蒸汽压后，再补充二氧化碳至1～2MPa，进行恒温反应，对产物进行分离、清洗和干燥；(2)干燥后的产物在惰性气氛下进行碳化处理，得到线团状氮硫氧共掺杂钠离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述乙撑胺为选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺中的一种或多种的混合物。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂为水和乙二胺的混合溶剂，其中，水和乙二胺的体积比为1:1～4:1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述对苯二酚甲醛树脂纳米带线团的质量与所述乙撑胺的摩尔量之比为30～100mg:0.25mol。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对苯二酚甲醛树脂纳米带线团在溶剂中的浓度为0.375～1.25g/L。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙撑胺与所述二硫化碳的摩尔比为1:2～1:5。7.根据权利要求1‑6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碳化处理的工艺参数为：以5℃/min速率升温至500～900℃后保温1.5～3h。8.一种线团状氮硫氧共掺杂钠离子电池负极材料，其特征在于，由权利要求1‑7任一项所述的制备方法制备得到；所述线团状氮硫氧共掺杂钠离子电池负极材料为带状线团结构的硬碳，所述硬碳呈核壳结构，内核为对苯二酚甲醛树脂衍生的碳骨架，所述内核表面包覆氮硫氧掺杂的碳壳层。9.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求8所述的线团状氮硫氧共掺杂钠离子电池负极材料。2CN115849342A说明书1/7页一种线团状氮硫氧共掺杂钠离子电池负极材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及钠离子电池负极材料技术领域，尤其是涉及一种线团状氮硫氧共掺杂钠离子电池负极材料及其制备方法。背景技术[0002]绿色能源的可持续开发和利用离不开高性能储能设备的开发，在新的二次电池系统中，钠离子电池被认为最有希望取代锂离子电池，这是因为钠离子电池与锂离子电池具有相似的电化学机理，同时钠在地壳中的储量达到了2.64％，是锂的421倍，且钠矿在全球范围内分布很均匀，提炼也并不复杂，作为锂电池主要原材料的碳酸锂每吨需要几万元，而作为钠电池主要原材料的氯化钠每吨只要几千元，其价格相比锂矿价格便宜几十倍，所以钠离子电池在原材料成本方面更具有优势，此外钠电池具有优越的电解液稳定性，能在零下‑40℃～80℃环境中正常工作，即使在零下‑20℃的极寒环境下，仍然保持90％左右的容量，在一定程度上缓解了冬季电动汽车续航缩水的难题。[0003]虽然钠离子电池具有诸多优势，但传统高导电石墨负极不适用于钠离子较大的离子半径，石墨化负极材料碳层间距小，无法满足钠离子嵌入及脱出产生的