一种铁镍二次电池铁负极材料的制备方法与流程

本发明属于铁镍二次电池铁负极材料的制备技术领域，具体涉及一种铁镍二次电池铁负极材料的制备方法。

背景技术：

当前可供使用的方形二次电池主要由铅酸蓄电池和锂离子电池，其中铅酸蓄电池比能量低，一般只能达到30--35wh/kg，循环寿命再300~350次左右，需要较长的充电时间，同时铅是有毒重金属，生产过程和回收时如果处理不当会对环境造成严重污染，已被世界各国限制生产和使用。锂离子电池的比能量相对较高，可大电流充放电；但在生产和回收过程中对环境容易产生污染，现在所谓的环保仅仅是同铅酸电池相比较而言，而且由于锂离子电池存安全性问题，尤其是在大容量、高电压使用环境下安全性能更差，同时废旧磷酸铁锂、锰酸锂等锂离子电池回收困难有污染且没有回收价值等一系列问题，一定程度上对未来的人类环境会产生重大影响。

铁镍电池坚固耐用，循环寿命长，可滥用，原材料易购易得不受控制，生产、使用、回收均显示出环保安全的特点。但是铁镍电池中铁负极的析氢电位低，特别是后期会析出大量氢气，氢气的产生降低了铁负极的电流效率，同时还存在低温性能差，第二放电平台长且没有实际应用价值，充电效率低，大电流放电性能差等缺点。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种铁镍二次电池铁负极材料的制备方法，该方法制得的铁镍二次电池铁负极材料能够有效提高铁电极的析氢过电位、降低充电电压、提高克容量以及改善电池的低温性能。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种铁镍二次电池铁负极材料的制备方法，其特征在于具体过程为：将可溶性铁盐、可溶性锡盐、可溶性铜盐溶于去离子水中，再加入沉淀剂进行沉淀，然后经过滤、洗涤、干燥后置于管式炉中，在惰性气氛或还原性性气氛中加温700～1050℃并保温1～8h，随炉冷却至室温得到snfe2o4或含有铁、锡、铜的snxcuyfe2o4尖晶石型晶体，其中x+y=1，x＞0，y＞0，该材料用于铁镍二次电池负极活性物质或添加剂，能够有效提高铁镍二次电池的比容量、减小电极膨胀、减少析气量及延长电池的使用寿命。

优选的，所述可溶性铁盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁中的一种或多种；所述可溶性锡盐为氯化亚锡、硫酸亚锡或硝酸亚锡中的一种或多种；所述可溶性铜盐为氯化铜、硫酸铜或硝酸铜中的一种或多种；所述沉淀剂为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水溶液中的一种或多种。

优选的，所述惰性气氛为氮气、氩气中的一种或多种；还原性气氛为氢气或氢气与氮气的混合气体。

优选的，所述铁镍二次电池铁负极材料的液相制备方法，其特征在于所述铁负极材料snfe2o4的具体制备步骤为：将硫酸亚锡、硫酸铁按照元素摩尔比sn：fe=1:2的比例溶解于去离子水中，在40～90℃的温度条件下，将含有2～4mol/l的氢氧化钠溶液倒入上述溶液中，搅拌混合均匀后陈化4～8h；再经过滤、洗涤、干燥后置于管式炉中，在氮气气氛中以10℃/min的升温速率加温至800℃，保温1h后随炉冷却至室温，最终制得目标产物铁负极材料snfe2o4，该铁负极材料能够用于铁镍二次电池负极活性物质或添加剂，有效降低了充电电压、提高了克容量、提升了化成速度和放电平台。

优选的，所述铁镍二次电池铁负极材料的液相制备方法，其特征在于所述铁负极材料sn0.9cu0.1fe2o4的具体制备步骤为：将硫酸亚锡、硫酸铜、硫酸铁按照元素摩尔比sn：cu：fe=0.9:0.1:2的比例溶于去离子水中，在40～90℃的温度条件下，将含有2～4mol/l的氢氧化钠溶液倒入上述溶液中，搅拌混合均匀后陈化4～8h；再经过滤、洗涤、干燥后置于管式炉中，在氮气气氛中以10℃/min的升温速率加温至850℃，保温1h后随炉冷却至室温，最终制得目标产物铁负极材料sn0.9cu0.1fe2o4，该铁负极材料为含有铁、锡、铜的尖晶石型晶体，能够用于铁镍二次电池负极活性物质或添加剂，充电时锡有助于提高铁负极材料的析氢过电位，进而能够提高铁镍二次电池的充电效率；放电时利用锡离子与放电产物氢氧化铁的作用，减弱了钝化现象，阻止了内阻的增大，从而提高了铁镍二次电池的放电效率和放电平台。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明制得的铁负极材料能够用于铁镍二次电池负极活性物质或添加剂，与常规铁镍二次电池单独使用四氧化三铁作为负极材料相比，能够有效提高铁镍二次电池的比容量、减小电极膨胀、减少析气量及延长电池的使用寿命。

附图说明

图1是实施例1制得snfe2o4负极材料与常规fe3o4负极材料的充放电对比曲线；

图2是实施例2制得sn0.9cu0.1fe2o4负极材料与常规fe3o4负极材料的充放电对比曲线；

图3是掺有snfe2o4的fe3o4负极材料的充放电曲线。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

将硫酸亚锡、硫酸铁按照元素摩尔比sn：fe=1:2的比例溶解于去离子水中，在40～90℃的温度条件下，将含有2～4mol/l的氢氧化钠溶液倒入上述溶液中，搅拌混合均匀后陈化4～8h；再经过滤、洗涤、干燥后置于管式炉中，在氮气气氛中以10℃/min的升温速率加温至800℃，保温2h后随炉冷却至室温，最终制得目标产物铁负极材料snfe2o4，该铁负极材料能够用于铁镍二次电池负极活性物质或添加剂。

实施例2

将硫酸亚锡、硫酸铜、硫酸铁按照元素摩尔比sn：cu：fe=0.9:0.1:2的比例溶于去离子水中，在40～90℃的温度条件下，将含有2～4mol/l的氢氧化钠溶液倒入上述溶液中，搅拌混合均匀后陈化4～8h；再经过滤、洗涤、干燥后置于管式炉中，在氮气气氛中以10℃/min的升温速率加温至850℃，保温1h后随炉冷却至室温，最终制得目标产物铁负极材料sn0.9cu0.1fe2o4，该铁负极材料能够用于铁镍二次电池负极活性物质或添加剂。

实施例3

将氯化亚锡、氯化铜、氯化铁按照元素摩尔比sn：cu：fe=0.9:0.1:2的比例溶于去离子水中，在40～90℃的温度条件下，将含有2～4mol/l的氢氧化钠溶液倒入上述溶液中，搅拌混合均匀后陈化4～8h；再经过滤、洗涤、干燥后置于管式炉中，在氮气和氢气的混合气氛中以10℃/min的升温速率加温至850℃，保温1h后随炉冷却至室温，最终制得目标产物铁负极材料sn0.9cu0.1fe2o4，该铁负极材料能够用于铁镍二次电池负极活性物质或添加剂。

通过充电曲线的对比，本发明制得的铁负极材料和常规铁负极材料fe3o4相比，有效降低了充电电压、提高了克容量、提升了化成速度和放电平台。

本发明所述的铁负极活性物质为含有铁、锡、铜的snxcuyfe2o4(x+y=1)尖晶石型晶体。充电时锡有助于提高铁负极材料的析氢过电位，进而能够提高铁镍二次电池的充电效率；放电时利用锡离子与放电产物氢氧化铁的作用，减弱了钝化现象，阻止了内阻的增大，从而提高了铁镍二次电池的放电效率和放电平台。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。