一种Bi-M二元合金负极材料及其制备方法和应用

本发明涉及钠离子电池，尤其涉及一种bi-m二元合金负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、铋基材料因其较高的理论比容量、适宜的合金化电位及环境友好性，在钠离子电池负极领域受到关注。然而，铋在反复嵌钠/脱钠过程中与钠反应生成na3bi时会产生显著体积膨胀，导致电极颗粒粉化、结构坍塌以及活性物质与集流体之间的电接触失效，进而引起容量快速衰减。同时，体积变化会反复破坏固体电解质界面膜，促使其持续重构，消耗电解液与活性钠源，降低库伦效率并加速容量衰减。此外，合金化/去合金化过程中发生的颗粒团聚与粗化现象会减少反应界面活性面积，影响材料的倍率性能和循环稳定性。上述问题制约了铋基负极材料在钠离子电池中的实际应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种bi-m二元合金负极材料及其制备方法和应用，旨在解决铋基负极材料在充放电过程中因体积膨胀和结构不稳定所导致的电化学性能衰减过快的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种bi-m二元合金负极材料的制备方法，包括如下步骤：

3、将金属盐水溶液与枸橼酸铋钾水溶液混合发生共沉淀反应，收集共沉淀反应生成的沉淀；

4、将所述沉淀在惰性气氛下于800~1000℃下保温烧结，即得bi-m二元合金负极材料，其中，m为cu、zn、ni、co中的至少一种。

5、优选地，所述金属盐选自铜盐、锌盐、镍盐或钴盐中的至少一种；其中，所述铜盐选自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜或醋酸铜中的至少一种；所述锌盐选自醋酸锌、氯化锌或硫酸锌中的至少一种；所述镍盐选自硫酸镍、氯化镍或硝酸镍中的至少一种；所述钴盐选自乙酸钴、氯化钴或硫酸钴中的至少一种。

6、优选地，所述金属盐水溶液中的金属元素m与所述枸橼酸铋钾水溶液中的bi元素的摩尔比为(1~5) : 1。

7、优选地，所述共沉淀反应在搅拌条件下进行，搅拌的时间为20~60 min。

8、优选地，所述收集共沉淀反应生成的沉淀的具体操作为：将共沉淀反应生成的沉淀用水抽滤或离心分离，再将所得滤饼或沉淀物在40~80℃下干燥5~24 h。

9、优选地，所述保温烧结的温度为850~950℃，保温烧结的时间为1~4 h。

10、优选地，所述惰性气氛为氩气或氦气中的至少一种。

11、第二方面，本发明提供了一种bi-m二元合金负极材料，由上述制备方法制备而得。

12、第三方面，本发明提供了上述bi-m二元合金负极材料在钠离子电池中的应用。

13、第四方面，本发明提供了一种钠离子电池，包括上述bi-m二元合金负极材料。

14、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

15、本发明通过将金属盐水溶液与枸橼酸铋钾水溶液混合发生液相共沉淀反应，并将得到的沉淀直接在惰性气氛下高温烧结，即可制得bi-m二元合金负极材料。该制备方法无需借助任何模板或载体，也无需额外的还原剂，仅通过一步共沉淀结合高温烧结即实现了铋与过渡金属元素在微观尺度上的均匀合金化，工艺简单高效，易于规模化生产。同时，所得bi-m二元合金有效缓解了铋基负极材料在充放电过程中的体积膨胀效应，抑制了电极颗粒粉化与结构坍塌；过渡金属m的引入提高了材料的整体导电性，增强了活性物质与集流体之间的电接触稳定性，减少了固体电解质界面膜的反复破坏与重构，从而显著提升了材料的倍率性能和循环稳定性。

1.一种bi-m二元合金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所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐选自铜盐、锌盐、镍盐或钴盐中的至少一种；其中，所述铜盐选自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜或醋酸铜中的至少一种；所述锌盐选自醋酸锌、氯化锌或硫酸锌中的至少一种；所述镍盐选自硫酸镍、氯化镍或硝酸镍中的至少一种；所述钴盐选自乙酸钴、氯化钴或硫酸钴中的至少一种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐水溶液中的金属元素m与所述枸橼酸铋钾水溶液中的bi元素的摩尔比为(1~5) : 1。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述共沉淀反应在搅拌条件下进行，搅拌的时间为20~60 min。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述收集共沉淀反应生成的沉淀的具体操作为：将共沉淀反应生成的沉淀用水抽滤或离心分离，再将所得滤饼或沉淀物在40~80℃下干燥5~24 h。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保温烧结的温度为850~950℃，保温烧结的时间为1~4 h。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氩气或氦气中的至少一种。

8.一种bi-m二元合金负极材料，其特征在于，由权利要求1~7任一项所述的制备方法制备而得。

9.如权利要求8所述的bi-m二元合金负极材料在钠离子电池中的应用。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求8所述的bi-m二元合金负极材料。