[发明专利]一种铁镍电池用硫化镍包覆四氧化三铁颗粒的制备方法

说明书

本发明公开了一种铁镍电池用硫化镍包覆四氧化三铁颗粒的制备方法，属于铁镍电池电极材料技术领域。本发明的技术方案要点为：以烷基黄原酸盐与水溶性镍盐按摩尔比2:1合成烷基黄原酸镍，将烷基黄原酸镍溶于吡啶溶液中得到烷基黄原酸镍吡啶溶液，再将烷基黄原酸镍吡啶溶液与四氧化三铁粉末混合均匀后经300‑400℃保温20‑60min得到目标产物。本发明制得的硫化镍包覆四氧化三铁颗粒不仅包覆层均匀致密，而且还可以使得微米级的四氧化三铁颗粒减小至微纳米以下，并且颗粒表面趋向于类球形，可以有效地提高铁负极的活化速率、充电效率、放电容量、倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于铁镍电池电极材料技术领域，具体涉及一种铁镍电池用硫化镍包覆四氧化三铁颗粒的制备方法。

背景技术

近年来，随着人们对环境保护的意识增强，太阳能、风能等清洁能源以及电动汽车等得到了快速发展。因此，作为储能和电动汽车的电池体系迫切需要开发一种性能稳定、循环寿命长、安全性能高且价格低和环境友好的电池体系。近年来，铁镍电池又重新走入人们的视野，引起极大的关注，铁镍电池是1900年由爱迪生发明，其特点是循环寿命长、安全性高、价格低廉和绿色环保，发明后曾用于机车牵引动力。但是由于铁电池充电效率低、自放电率高、比容量低等缺点限制了它的推广应用。

近些年来，人们通过多种手段来提高铁电极的电化学性能，包括活性物质四氧化三铁或铁粉的纳米化、活性物颗粒表面包覆石墨烯和碳以及在铁电极内和电解液中加入一些添加剂。常见的有益添加剂有FeS、PbS、Bi₂S₃、Na₂S和K₂S等硫化物以及NiSO₄或Ni(OH)₂等，这些添加剂的加入在一定程度上抑制了铁电极的钝化，提高了铁电极的容量，但是由于这些添加剂的简单加入并不能最大程度地改善铁电池的电化学性能。最近，Wang等人在Electrochimica Acta 231(2017)479-486 报道了一种用化学氧化沉淀的方法合成核壳结构的Fe₃O₄@NiS纳米复合物，具体步骤是用硫酸亚铁、双氧水和氢氧化钠反应先生成Fe₃O₄纳米颗粒，然后加入硫脲和氯化镍，将生成的NiS细小颗粒沉积在Fe₃O₄颗粒表面，实验表明，沉积5wt% NiS的Fe₃O₄颗粒在低倍率0.15C放电的条件下，放电容量最高可以达到507mAh/g，但是在1.5C高倍率条件下放电容量只能达到109mAh/g，10wt% NiS的Fe₃O₄颗粒在1.5C下放电容量才能够达到352mAh/g，但是在低倍下放电容量又明显降低。该方法的主要缺点在于靠化学反应生成的NiS细小颗粒自然沉积在Fe₃O₄颗粒表面，是很难得到均匀而且致密的包覆层，因此，其电化学性能改善有限，要改善高倍率性能需要加大硫化镍的沉积量至10wt%以上。

发明内容

本发明针对现有添加剂的加入方式所导致的铁电极性能改善的不足而提供了一种铁镍电池用硫化镍包覆四氧化三铁颗粒的制备方法，该方法制备的硫化镍包覆四氧化三铁颗粒能够显著提高铁镍电池铁负极的电化学性能。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种铁镍电池用硫化镍包覆四氧化三铁颗粒的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）按摩尔比2:1称取烷基黄原酸盐和水溶性镍盐分别配制成烷基黄原酸盐溶液和镍盐溶液，其中烷基黄原酸盐为烷基黄原酸钠或烷基黄原酸钾，将烷基黄原酸盐溶液和镍盐溶液混合后于室温搅拌反应生成烷基黄原酸镍沉淀，经过滤、洗涤和干燥得到粉末状烷基黄原酸镍；

（2）将粉末状烷基黄原酸镍溶于吡啶中配制成浓度为0.01-1.0g/mL的绿色透明的烷基黄原酸镍吡啶溶液；