一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及钠离子电池，具体而言，涉及一种钠离子电池负极材料、所述钠离子电池负极材料的制备方法和钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池是一种二次电池，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似；由于有限的锂资源以及较高的成本严重影响了锂离子电池在储能领域的进一步应用，因此，目前钠离子电池由于其成本低廉、高储备和环境友好性，已被认为是一种很有前途的替代品。相较于锂离子电池，钠离子电池至少具有如下的优势：（1）钠盐原材料储量丰富，价格低廉；（2）由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液（同样浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20%左右）降低成本；（3）钠离子不与铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，可以进一步降低成本和重量；（4）由于钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏；此外，钠离子电池能量密度大于100wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。

2、目前的钠离子负极材料主要有碳质材料、有机化合物和过渡金属氧化物/硫化物/硒化物等。其中，过渡金属硫化物如fes、fes2、co9s8、mos2等因其高理论容量和低成本环保等优点而受到了广泛的关注；以本发明涉及的fes2为例，如cn201811203277.9公开了一种硒掺杂的二硫化亚铁碳包覆复合材料，cn202210778000.9公开了一种磷掺杂fes2@c的负极材料；但是，当不存在硫、磷等元素掺杂时，fes2的电子导电率不高，并且fes2在持续的放电过程中发生转换反应，引起体积膨胀变化，导致电化学循环稳定性降低，严重影响了fes2负极材料的可逆放电容量和实际应用。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种碳包覆fes2纳米球的钠离子电池负极材料的制备方法，用于解决fes2在持续放电过程中由于转换反应而导致的体积膨胀，以及fes2电子导电率不高、电化学稳定性降低、负极可逆放电容量降低等电性能方面的负面效果。

2、本发明的第二目的在于提供一种所述的钠离子电池负极材料的制备方法制得的钠电负极材料；这种负极材料具有独特的核壳纳米结构，以有序的碳结构作为包覆壳层，以二硫化亚铁作为负极活性材料，有效提高了电性能，并避免了fes2体积膨胀造成的电性能损失。

3、本发明的第三目的在于提供一种钠离子电池，包括有所述的钠离子电池负极材料。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

6、步骤一、将铁源、沉淀剂和表面活性剂的混合溶液进行第一次保温处理，而后固液分离并得到第一前驱体；

7、步骤二、将所述第一前驱体与碳源的混合溶液进行第二次保温处理，而后固液分离并得到第二前驱体；

8、步骤三、将所述第二前驱体进行酸洗刻蚀处理，并得到第三前驱体；

9、步骤四、将所述第三前驱体与还原硫粉混合，并在真空条件下，于400℃~600℃下煅烧4h~6h，得到碳包覆fes2纳米球的钠离子电池负极材料。

10、一种钠离子电池负极材料，采用如上所述的钠离子电池负极材料的制备方法制备得到。

11、一种钠离子电池，包括有所述的钠离子电池负极材料。进一步地，将所述钠离子电池负极材料、以及可选的其他负极活性材料或电极辅材制备得到钠离子电池负极，而后将电池负极与任意的电池正极、隔膜或电解液进行组装，并得到所述钠离子电池。本发明中不对上述涉及的电池正极、隔膜或电解液等材料进行限定。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明公开了一种钠离子电池负极材料的制备方法，通过采用fe3o4@c模板基于全新的真空硫化方法制得了一种核壳状的碳包覆型fes2@c纳米结构；其中，碳层结构为fes2的体积膨胀提供了弹性缓冲，能够显著提升循环过程中电极结构的稳定性和钠离子穿梭特性；同时，高度石墨化的多孔碳具有优异的导电性能，由此实现了负极材料电子导电率增高、电化学稳定性增强、可逆放电容量增大等积极效果。

技术特征：

1.一种钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下特征（a）~（d）中的至少一种：

3.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤一的所述混合溶液中，以铁原子的物质的量计，所述铁源的浓度为0.15mol/l~0.3mol/l，所述沉淀剂的浓度为1.0mol/l~2.0mol/l，所述表面活性剂的浓度为10g/l~50g/l；

4.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述第一次保温处理的温度为200℃~240℃，所述第一次保温处理的时间为6h~24h。

5.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤二的所述混合溶液中，所述第一前驱体的浓度为1g/l~5g/l，所述碳源的浓度为10g/l~50g/l；

6.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述第二次保温处理的温度为160℃~200℃，所述第二次保温处理的时间为8h~10h。

7.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述酸洗刻蚀处理所采用的酸包括盐酸、硫酸、乙酸或磷酸中的至少一种，所述酸的浓度为1mol/l~4mol/l;

8.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述第三前驱体与所述还原硫粉的质量比为1：（3~5）。

9.如权利要求1~8任一项所述的钠离子电池负极材料的制备方法制得的钠离子电池负极材料。

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的钠离子电池负极材料。

技术总结
本发明提供了一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用，涉及钠离子电池技术领域。具体而言包括如下步骤：1）将铁源、沉淀剂和表面活性剂的混合溶液进行第一次保温处理并得到第一前驱体；2）将第一前驱体与碳源的混合溶液进行第二次保温处理并得到第二前驱体；3）将第二前驱体进行酸洗刻蚀处理并得到第三前驱体；4）将第三前驱体与还原硫粉混合，在真空条件下高温煅烧并得到钠离子电池负极材料。本发明中碳层结构为FeS<subgt;2</subgt;的体积膨胀提供了弹性缓冲，能够显著提升循环过程中电极结构的稳定性和钠离子穿梭特性；同时，高度石墨化的多孔碳具有优异的导电性能，实现了较强的电性能增强，具有良好的应用前景。

技术研发人员：王文彬,刘俊昌,张庭,陈宇盟,杨应昌,石维,罗兴怀
受保护的技术使用者：深圳为方能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16