本技术涉及电极材料及电化学储能技术领域,特别的,涉及一种多孔碳基纳米笼钠电负极材料的制备方法和应用。本发明将制得的Ni‑MOF前驱体经碳化、酸刻蚀、碱刻蚀和硫化处理得到多孔碳基纳米笼钠电负极材料。采用刻蚀造孔和硫化处理方式,实现复合电极材料组分和结构的优化设计及精准合成,不仅实现了对电极材料结构成分的有效控制,还通过纳米笼的多孔性进一步提高钠离子电池的快速充放电性能及循环稳定性,提升了钠离子电池的能量密度和综合性能。
背景技术
锂离子电池的快速发展,必须考虑现有锂资源及其成本,由于锂的成本增加、分布不均和稀缺性,寻求锂的替代品以满足未来的需求至关重要。钠在元素周期表中与锂同族,不仅具有与锂相似的物理化学性质和电化学反应机理,而且具有储量丰富、成本低等优点。这些特性使钠离子电池(SIBs)成为锂离子电池的首选替代品。然而,Na+
的半径远大于Li+
的半径,Na+
离子迁移动力学缓慢,并且在钠化/脱钠过程中存在不可逆的体积膨胀,所以导致钠离子电池在实际应用中还存在库伦效率低、循环稳定性差、能量密度低等缺陷。
SIBs常见的负极材料有碳材料、合金材料、金属化合物材料。碳材料中硬碳作为最具商业化前景的负极材料,由于其成本较高、容量较低的问题阻碍了其商业化进程。合金材料虽然有导电性好、容量高的优点,但通常具有较低的循环稳定性。相比之下,过渡金属氧化物和金属硫化物具有价格低廉、储量丰富以及理论比容量高等优点,其中金属硫化物中的硫镍化合物具有较低的成本和更高的理论容量被认为是SIBs合适的负极材料。但由于硫镍化合物作负极具有电导率较低、Na+
离子扩散动力学慢、体积变化大等缺点限制了其进一步应用。
金属有机骨架(MOFs)是合成杂原子掺杂纳米结构的良好前驱体。MOF的超高表面积、高孔隙率和易于修饰的结构等优点使其衍生物具有理想的性能,从而产生良好的电化学性能,纳米结构能缩短电子和离子的传递路径,从而促进扩散动力学,提高电化学性能。因此,如何借助金属有机骨架的优势来将NiS纳米粒子负载在多孔碳纳米结构上,从而制备得到较小尺寸的碳基纳米笼,以此来改善硫镍化合物电导率低等缺点,是本领域研究人员应当考虑的问题。
实现思路