【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鈉離子電池，尤其是涉及一種錫基合金-碳復合材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、目前，鋰離子電池在移動設備，新能源車輛，移動計算，航空航天，生物醫藥技術等領域有著廣泛應用。然而，其關鍵元素鋰，資源分布不均，儲量有限，價格高，是影響電池成本的主要因素之一。相比之下，鈉元素的地殼豐度大，分布相對均勻，提煉簡單。所以，從環境和成本等方面考慮，鈉離子電池更具優勢。
2、鈉離子電池雖具有如此多優點，但也面臨著諸多挑戰。在鋰離子電池中應用廣泛的石墨在鈉離子電池中性能表現不足，而目前廣受關注的硬碳，比容量偏低。研究表明，過渡金屬單質，合金及其復合材料具有比容量高的優點，如錫與鈉形成na15sn4時，具有847mah/g的理論比容量。但此類合金在與堿金屬反應過程中體積變化明顯，例如，錫在鋰化的過程，體積膨脹超過300%，錫在鈉化的過程體積膨脹超過500%。這容易造成活性物質和sei膜破裂，組分間接觸變差，電池容量衰減，循環性能變差。
3、針對上述問題，現有技術中采用材料改性的方法，形成合金以降低材料固有的膨脹率。但是使用的金屬在形成合金材料后，自身電導率高，會加大電池自放電速率。自放電異常不僅影響電池的性能，而且存在安全風險。在電池組裝生產過程中，電池自放電會導致負極金屬游離析出，在隔膜處沉積而造成隔膜導通，形成物理微短路，導致電池損壞或者其他安全事故。
4、有鑒于此，特提出本專利技術。
技術實現思路
1、本專利技術的目的之一在于提供一種錫基合金
2、本專利技術的目的之二在于提供一種錫基合金-碳復合材料的制備方法。
3、本專利技術的目的之三在于提供一種錫基合金-碳復合材料的應用。
4、為了實現本專利技術的上述目的，特采用以下技術方案：
5、本專利技術的第一方面提供了一種錫基合金-碳復合材料包括碳基質以及均勻分布在所述碳基質中的錫基合金；
6、所述錫基合金包括錫和過渡金屬；
7、所述過渡金屬為鈦和/或錳。
8、進一步地，所述錫基合金-碳復合材料包括錫基合金1wt.%~99?wt.%，余量為碳基質。
9、優選地，所述錫基合金-碳復合材料包括錫基合金30wt.%~99wt.%，余量為碳基質。
10、優選地，所述錫基合金-碳復合材料包括錫基合金50wt.%~97wt.%，余量為碳基質。
11、優選地，所述錫基合金-碳復合材料包括錫基合金70wt.%~95wt.%，余量為碳基質。
12、進一步地，所述錫基合金包括錫50wt.%~97wt.%，余量為過渡金屬。
13、優選地，所述錫基合金包括錫75wt.%~95wt.%，余量為過渡金屬。
14、優選地，所述錫基合金包括錫80wt.%~95wt.%，余量為過渡金屬。
15、進一步地，所述錫基合金的形貌為球狀或類球狀，優選為球狀。
16、優選地，所述錫基合金的粒徑為50nm~90μm。
17、進一步地，所述錫基合金表面具有氧化物層。
18、所述氧化物層為錫的氧化物和/或過渡金屬的氧化物。
19、進一步地，所述碳基質包括硬碳、軟碳、活性炭、碳納米管、碳納米線和碳納米球，石墨烯，焦炭，中間相炭微球中的至少一種。
20、進一步優選地，所述碳基質包括碳納米管、碳納米線、碳纖維和石墨烯中的至少一種。
21、進一步地，所述碳基質事先進行過預處理。
22、所述預處理的方式包括表面改性、活化、預鈉化、金屬元素摻雜和非金屬元素摻雜中的至少一種。
23、本專利技術第二方面提供了所述的錫基合金-碳復合材料的制備方法，通過共沉淀法、水熱法、熔融鹽法、溶膠凝膠法、超聲化學法、濕化學法、機械合金化法、機械混合法、真空電弧爐熔煉、磁控濺射沉積法或固相反應法方式制備得到所述錫基合金-碳復合材料。
24、所述機械混合法具體是將所述錫基合金和所述碳基質混合均勻得到所述錫基合金-碳復合材料；
25、或，
26、所述濕化學法具體是在錫化合物溶液中加入碳基質混合均勻，然后加入還原劑進行還原得到錫-碳基質中間體；最后將過渡金屬的可溶性鹽溶液加入錫-碳基質中間體制成的懸濁液中加熱反應、洗滌離心得到所述錫基合金-碳復合材料；
27、或，
28、所述水熱法具體是將所述錫基合金和所述碳基質以及粘結劑混合均勻，在水熱反應釜中反應得到所述錫基合金-碳復合材料；
29、或，
30、所述磁控濺射沉積法是按照錫基合金中錫與過渡金屬的比例通過磁控濺射進行物理氣相沉積得到錫基合金，然后將所述錫基合金和所述碳基質混合均勻得到所述錫基合金-碳復合材料。
31、優選地，在機械混合法中，使用混料機進行所述混合。
32、優選地，所述混合的轉速為300rpm~500rpm。
33、優選地，所述混合的次數為2次~5次。
34、本專利技術第三方面提供了一種鈉離子電池包括正極、負極、隔膜和電解液；
35、所述負極包括第一方面所述的錫基合金-碳復合材料。
36、與現有技術相比，本專利技術至少具有如下有益效果：
37、本專利技術提供的錫基合金-碳復合材料，一方面，錫基合金中的鈦，錳元素屬于非活性元素，會降低錫基合金在充放電過程中的體積膨脹率。另一方面，鈦的電導率僅為2.3×106s/m，錳的電導率僅為2.1×106s/m，均低于錫的電導率9.2×106s/m，會降低電池的自放電率，兩因素共同降低了錫基合金在充放電過程對負極材料的影響，提高了錫基合金-碳復合材料的穩定性，延緩了電池容量的衰減，提高了電池的循環性能和電池的壽命。
38、本專利技術提供的制備方法，為錫基合金-碳復合材料提供了多種可行的制備方式，工藝路線多樣化，滿足了不同的生產需求，提高了生產效率，減少了生產成本，同時還能更好的滿足產品需求。
39、本專利技術提供的錫基合金-碳復合材料為鈉離子電池提供了性能更好的負極材料，提高了鈉離子電池的性能，拓展了鈉離子電池的應用場景，促進了下游產業的發展。
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1.一種錫基合金-碳復合材料，其特征在于，包括碳基質以及均勻分布在所述碳基質中的錫基合金；
2.根據權利要求1所述的錫基合金-碳復合材料，其特征在于，所述錫基合金-碳復合材料包括錫基合金1wt.%~99?wt.%，余量為碳基質。
3.根據權利要求1所述的錫基合金-碳復合材料，其特征在于，所述錫基合金包括錫50wt.%~97wt.%，余量為過渡金屬。
4.根據權利要求1~3任一項所述的錫基合金-碳復合材料，其特征在于，所述錫基合金的形貌為球狀或類球狀；
5.根據權利要求1~3任一項所述的錫基合金-碳復合材料，其特征在于，所述錫基合金表面具有氧化物層；
6.根據權利要求1~3任一項所述的錫基合金-碳復合材料，其特征在于，所述碳基質包括硬碳、軟碳、活性炭、碳納米管、碳納米線、碳納米球、石墨烯、焦炭和中間相炭微球中的至少一種。
7.根據權利要求6所述的錫基合金-碳復合材料，其特征在于，所述碳基質進行過預處理操作；
8.一種權利要求1~7任一項所述的錫基合金-碳復合材料的制備方法，其特征在于，通過共沉淀法、
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述機械混合法具體是將所述錫基合金和所述碳基質混合均勻得到所述錫基合金-碳復合材料；
10.一種鈉離子電池，其特征在于，包括正極、負極、隔膜和電解液；
...【技術特征摘要】
1.一種錫基合金-碳復合材料，其特征在于，包括碳基質以及均勻分布在所述碳基質中的錫基合金；
2.根據權利要求1所述的錫基合金-碳復合材料，其特征在于，所述錫基合金-碳復合材料包括錫基合金1wt.%~99?wt.%，余量為碳基質。
3.根據權利要求1所述的錫基合金-碳復合材料，其特征在于，所述錫基合金包括錫50wt.%~97wt.%，余量為過渡金屬。
4.根據權利要求1~3任一項所述的錫基合金-碳復合材料，其特征在于，所述錫基合金的形貌為球狀或類球狀；
5.根據權利要求1~3任一項所述的錫基合金-碳復合材料，其特征在于，所述錫基合金表面具有氧化物層；
6.根據權利要求1~3任一項所述的錫基合金-碳復合材料，其特征在于，所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：潘文智，王星懿，何海勇，
申請(專利權)人：江蘇碳什科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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