一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于钠离子电池负极材料的制备，具体涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，随着锂资源供应不足和资源分布不均等问题逐渐浮出水面，人们开始关注寻找代替品，以解决这些问题并降低成本。在候选电池中，钠离子电池由于钠资源丰富、成本更低、分布更广泛、工作温度范围广和安全性高等特点，因此在储能领域有望实现商业化。

2、然而，na+半径比li+大，使得na+在电极材料中嵌入/脱嵌困难，造成电池的循环性能差，严重制约着钠离子电池的商业化应用。因此，目前的主要挑战在于寻找适用的负极材料，这些材料需要有足够大的空隙来容纳较多的钠离子，这使得钠离子电池的负极材料的筛选变得复杂。为了解决以上问题，公布号为cn117276490a的中国专利文件，公开了一种ni2(oh)3cl纳米片/多层石墨烯钠离子电池负极复合材料及其制备方法。该方法多层石墨烯由膨胀石墨超声后制得，ni2(oh)3cl均匀分布在多层石墨烯的表面，此材料具有优异的储钠性能，可用于钠离子电池负极材料。但该方法制备钠离子电池负极复合材料合成的工艺较为繁琐，制备过程较为复杂。因此探索制备合成工艺简单的方法有待亟需解决。

3、此外，公布号为cn109755543a的中国专利文件，公开了一种氧化镍-硫化镍复合物与石墨烯复合而成的钠离子电池负极材料及其制备方法。该复合材料具有双层空心球结构，其制备过程首先制备氧化镍双层空心球，再将其部分硫化得到氧化镍-硫化镍复合物，随后利用喷雾干燥将其与石墨烯复合制备而成。但本发明所涉及的复合材料制备方法复杂且电池循环性能仍有进步的空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用，该负极材料由镍/氧化镍异质结构纳米颗粒负载的石墨烯微球组成，镍/氧化镍异质结构综合了镍和氧化镍的优点，对na+的嵌入/嵌出具有显著优势，大大提高材料的本征电导率、容量和倍率性能；另外，该钠离子电池负极材料的制备方法简单高效，只需进行超声处理、喷雾干燥和煅烧条件即可完成制备过程。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种钠离子电池负极材料是由镍/氧化镍异质结构纳米颗粒负载的石墨烯微球组成，镍/氧化镍异质结构纳米颗粒粒径大小为10～30nm，石墨烯微球粒径为1.6～3.7μm，氧化镍占镍质量的3.6～16.4%，石墨烯微球占钠离子电池负极材料质量的66.8～92.5%。

4、本发明提供的一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

5、（1）将镍源置于2mg/ml石墨烯中超声30～60min，将混合溶液通过喷雾干燥处理得到前驱体；

6、（2）将上述前驱体置于保护气氛和300～600℃温度下煅烧，然后在100～300℃的空气气氛下退火，得到镍/氧化镍异质结构纳米颗粒负载的石墨烯微球材料，即为钠离子电池负极材料。

7、优选地，步骤（1）中，镍源为氯化镍、硝酸镍或醋酸镍中的一种；石墨烯的用量为100～200ml；镍源与石墨烯的质量比为1：500～1000。

8、优选地，步骤（2）中，保护气氛为氮气或氩气，升温速率为2～4℃/min，煅烧时间为1～6h；在空气气氛下升温速率为2～5℃/min，退火2～8h。

9、本发明所述的钠离子电池负极材料的应用，将钠离子电池负极材料用于钠离子电池的负极。

10、本发明的有益效果如下：

11、1．ni/nio异质结构纳米颗粒结构有利于na+的嵌入/嵌出，提高循环性能；金属镍可改善了nio的导电性能，可提高材料的容量；ni/nio异质结构结合了两者的优势大大提高材料本征电导率、容量及倍率性能；镍基材料优异的电解质亲和性有效改善了负极的电解质润湿性，促进了电极的内部动力学；此外，在空气气氛下进行退火是镍部分转化为氧化镍进而生成异质结的关键条件，从而影响锂硫电池性能的各种指标。

12、2.石墨烯微球表面褶皱具有较大的空隙有利于电解液的浸入，使活性材料与电解液的接触面积增大并缓解自身膨胀，提高稳定性，另一方面可以缩短na+的传输路径，加快离子传输。同时，石墨烯的添加致ni/nio异质结构纳米颗粒的尺寸减小，使其在石墨烯微球表面均匀分布，因此能够让负极材料获得大的比表面积，两者的共同作用提高了复合材料的比容量和循环性能。

13、3．综上所述，通过本发明方法制备的ni/nio-rgo材料在钠离子电池负极应用中表现突出。在200ma/g下，该钠离子电池的100次循环测试中保持了75.4～82.4%的容量保持率,即使在5a/g的超高电流密度下仍保持335.8～342.5mah/g的比容量。

技术特征：

1.一种钠离子电池负极材料，其特征在于，所述钠离子电池负极材料由镍/氧化镍异质结构纳米颗粒负载的石墨烯微球组成，镍/氧化镍异质结构纳米颗粒粒径大小为10～30nm，石墨烯微球粒径为1.6～3.7μm，氧化镍占镍质量的3.6～16.4%，石墨烯微球占钠离子电池负极材料质量的66.8～92.5%。

2.一种钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，镍源为氯化镍、硝酸镍或醋酸镍中的一种；石墨烯的用量为100～200ml；镍源与石墨烯的质量比为1：500～1000。

4.根据权利要求2所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，保护气氛为氮气或氩气，升温速率为2～4℃/min，煅烧时间为1～6h；空气气氛下升温速率为2～5℃/min，退火2～8h。

5.一种如权利要求1所述的钠离子电池负极材料的应用，其特征在于，将所述的钠离子电池负极材料用于钠离子电池的负极。

技术总结
本发明公开了一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用，钠离子电池负极材料由镍/氧化镍异质结构纳米颗粒负载的石墨烯微球组成。首先，将镍源置于2mg/ml石墨烯中超声30～60min，将混合溶液通过喷雾干燥处理得到前驱体；随后将上述前驱体置于保护气氛和300～600℃温度下煅烧，然后在100～300℃的空气气氛下退火制备而成。本发明所涉及的Ni/NiO异质结构结合了两者的优势大大提高材料本征电导率、容量及倍率性能；石墨烯微球表面褶皱具有较大的空隙有利于电解液的浸入，使活性材料与电解液的接触面积增大并缓解自身膨胀，提高稳定性；另一方面，Ni/NiO异质结和石墨烯微球的共同作用显著提高了钠离子电池负极材料的比容量和循环性能。

技术研发人员：文晨旭,刘海强,马晓涛,李文豪,耿德敏,王琳琳,朱荣振,刘建路
受保护的技术使用者：山东海化集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17