一种锡-硬碳负极材料及其制备方法与钠离子电池与流程

本发明涉及钠离子电池，尤其涉及一种锡-硬碳负极材料及其制备方法与钠离子电池。

背景技术：

1、因近年来碳酸锂价格居高不下，锂离子电池产线链因价格因素受到极大影响，作为低成本的钠离子电池应运而生；钠离子电池虽然成本较锂离子电池低，但因技术瓶颈有待突破，钠电产业链也不成熟，一直无法实现批量产业化。其技术瓶颈主要在于钠离子电池负极材料的容量偏低；众所周知，钠离子电池负极材料目前使用最广泛的是硬碳，但其较低容量、较低的库伦效率一直是钠离子电池能量密度无法与锂离子电池比肩的原因。因此，寻找一种能够替代硬碳的新型负极材料成为了研究重点。

2、在研究中发现，锡基材料具有较好的可逆嵌/脱钠特性，锡原子能够和钠原子结合形成锡合金，其理论克容量可达847mah/g，是非常有潜力的负极材料；但锡原子与钠原子反应过程中，体积膨胀收缩效应明显，巨大的体积变化会导致锡颗粒的粉碎和脱落，导致电池容量衰减、循环性能变差。

3、有鉴于此，如何减缓锡基材料的体积效应是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中锡基材料体积效应明显的问题，本发明提供一种锡-硬碳负极材料的制备方法，该制备方法以三聚氰胺海绵碳化后的碳骨架作为氧化锡的支撑骨架来制备多孔氧化锡，再将多孔氧化锡与硬碳前驱体混合、煅烧，使得引入的氧化锡以多孔结构的方式存在，从而能够抑制充放电过程中锡的膨胀，解决了现有技术中锡基材料体积效应明显的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种锡-硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：将粉碎后的海绵碳前驱体与锡源加入水中，混合，得到分散液；

5、s2：将所述分散液转移到水热釜中，于180℃-220℃进行水热反应，得到氧化锡/海绵碳复合物；

6、s3：将所述氧化锡/海绵碳复合物置于管式炉中，在空气氛围中升温至150℃-200℃反应，得到多孔氧化锡固体；

7、s4：将所述多孔氧化锡固体与硬碳前驱体混合，粉碎，研磨，得到氧化锡/硬碳前驱体复合材料；

8、s6：将所述氧化锡/硬碳前驱体复合材料置于箱式炉中，在惰性气体气氛下，于650℃-1400℃煅烧，得到锡-硬碳负极材料。

9、可选地，所述海绵碳前驱体为三聚氰胺海绵。

10、可选地，所述锡源为二水氯化亚锡。

11、可选地，所述硬碳前驱体选自毛竹、椰壳、淀粉、核桃壳、无烟煤、沥青、酚醛树脂中的至少一种。

12、可选地，所述淀粉选自土豆淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉、红薯淀粉中的至少一种。

13、可选地，所述硬碳前驱体为淀粉时，还包括：s5：将所述氧化锡/硬碳前驱体复合材料置于管式炉中，于惰性气体氛围中升温至160℃-300℃，排除前驱体焦油，得到排除焦油的复合材料；

14、可选地，步骤s1中所述海绵碳前驱体与所述锡源的质量比为(3-6):1。

15、可选地，步骤s4中所述多孔氧化锡固体与所述硬碳前驱体的质量比为1：(5-15)。

16、本发明的另一目的在于提供一种锡-硬碳负极材料，通过如上所述的锡-硬碳负极材料的制备方法进行制备。

17、本发明的再一目的在于提供一种钠离子电池，包括如上所述的锡-硬碳负极材料。

18、本发明的有益效果是：

19、本发明提供的锡-硬碳负极材料的制备方法，通过水热反应在海绵碳前驱体的多孔结构中原位生成氧化锡，使得氧化锡按照海绵碳前驱体的骨架进行分布；再在空气氛围中加热，利用生成的二氧化碳得到具有多孔结构的氧化锡，从而再经与硬碳前驱体混合、煅烧后，得到包括多孔氧化锡以及硬碳的负极材料；由于该负极材料中氧化锡以多孔结构形式引入，在提升负极材料容量的同时，有助于抑制充放电过程中锡的膨胀，从而减缓锡基材料的体积效应，提高负极材料的循环性能。

技术特征：

1.一种锡-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的锡-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述海绵碳前驱体为三聚氰胺海绵。

3.如权利要求1所述的锡-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述锡源为二水氯化亚锡。

4.如权利要求1所述的锡-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硬碳前驱体选自毛竹、椰壳、淀粉、核桃壳、无烟煤、沥青、酚醛树脂中的至少一种。

5.如权利要求4所述的锡-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述淀粉选自土豆淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉、红薯淀粉中的至少一种。

6.如权利要求4所述的锡-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硬碳前驱体为淀粉时，还包括：s5：将所述氧化锡/硬碳前驱体复合材料置于管式炉中，于惰性气体氛围中升温至160℃-300℃，排除前驱体焦油。

7.如权利要求1-6任一项所述的锡-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述海绵碳前驱体与所述锡源的质量比为(3-6):1。

8.如权利要求1-6任一项所述的锡-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中所述多孔氧化锡固体与所述硬碳前驱体的质量比为1：(5-15)。

9.一种锡-硬碳负极材料，其特征在于，通过如权利要求1-8任一项所述的锡-硬碳负极材料的制备方法进行制备。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的锡-硬碳负极材料。

技术总结
本发明提供一种锡‑硬碳负极材料及其制备方法与钠离子电池，涉及钠离子电池技术领域；制备方法包括如下步骤：将粉碎后的海绵碳前驱体与锡源加入水中得到分散液；将分散液转移到水热釜中进行水热反应，得到氧化锡/海绵碳复合物；置于管式炉中，在空气氛围中升温至150℃‑200℃反应，得到多孔氧化锡固体；将多孔氧化锡固体与硬碳前驱体混合，得到氧化锡/硬碳前驱体复合材料；将氧化锡/硬碳前驱体复合材料置于箱式炉中，在惰性气体气氛下煅烧，得到锡‑硬碳负极材料。本发明通过水热反应在海绵碳前驱体的多孔结构中原位生成氧化锡，再在空气氛围中加热，得到具有多孔结构的氧化锡，有助于减缓锡基材料的体积效应。

技术研发人员：王瑨,谢皎
受保护的技术使用者：成都佰思格科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15