[发明专利]一种硒化黄铁矿材料及其制备的电池

说明书

本发明提供了一种硒化黄铁矿材料及其制备的电池，硒化黄铁矿的分子式为FeS_xSe_y，x的取值范围是0＜x＜2，y的取值范围是0＜y＜2。黄铁矿相（FeS₂）与白硒铁矿相（FeSe₂）共存，其中可含有钴、镍、铜等杂质；硒化黄铁矿的颗粒尺寸为200 nm~10μm，具有次级微米结构。本发明采用的硒化黄铁矿FeS_xSe_y材料是分别作为钠电池的正极材料和钠离子电池的负极材料，此材料原料丰富、制备简便、环境友好、循环稳定性好、倍率性能佳、比容量高的优点。由此材料制备的钠电池或钠离子电池具有广阔的实用价值和市场前景。

技术领域

本发明涉及钠电池或钠离子电池电极材料领域，具体涉及硒化黄铁矿作为电极活性材料及包含该材料的可充放电的钠电池或钠离子电池。

背景技术

锂离子电池作为能源和用电设备之间的能量枢纽，已经在手机、电脑、电动汽车等领域广泛应用。但是由于锂资源储备有限、成本高的特点，限制了锂离子电池的大规模应用。钠离子电池不仅有与锂离子电池相似的储能机理，而且钠元素是地壳中含量第四高的元素，资源丰富，比锂离子电池在大规模储能领域拥有更好的应用前景。

过渡金属硫族化物，如SnS₂、NiS₂、FeS₂等，由于其理论容量高等优点，在钠离子电池负极材料研究领域受到越来越多的关注。但是这类负极材料在钠离子电池体系的循环过程中往往面临严重的体积变化，如FeS₂材料的体积变化可达到160%，而且循环中可溶于有机电解液的多硫化物的产生，会导致活性材料的损失，导致循环稳定性变差。现今，如活性材料表面进行碳材料包覆、纳米化设计等措施，已经被大量用于提升此类材料的性能。但是这些方案大多面临着较高的制备成本、较复杂的工艺，例如常见的氧化石墨烯的制备过程中，需要用到浓硫酸和高锰酸钾等危险品；一些处理过程复杂的方案，不够环境友好。

FeS₂材料在钠离子电池领域已经有相关报道，但是通常面临着循环稳定性和倍率性能差的问题，而且放电比容量不够高。本专利公开的方案使用了更安全、更环保的试剂，而且步骤简单易于操作，得到的电极材料的循环稳定性和倍率性能优势突出。

发明内容

本发明提出了一种硒化黄铁矿作为电极活性材料及包含该材料的可充放电的钠电池或钠离子电池，解决了现有电池稳定性差，难操作，循环稳定性低和倍率性能低的问题。

实现本发明的技术方案是：一种硒化黄铁矿材料，硒化黄铁矿的分子式为FeS_xSe_y，x的取值范围是0＜x＜2，y的取值范围是0＜y＜2。；黄铁矿相（FeS₂）与白硒铁矿相（FeSe₂）共存，其中可含有钴、镍、铜等杂质；硒化黄铁矿的颗粒尺寸为200 nm~10 μm，具有次级微米结构。

所述的硒化黄铁矿材料的制备方法，步骤如下：

（1）将黄铁矿粉末与硒粉混合，在球磨罐中以100-1000转/分的转速球磨1-60min，形成混合粉末；

（2）将步骤（1）得到的混合粉末置于氩气气氛的管式炉中400℃-800℃煅烧1-2h，得到FeS_xSe_y。

所述步骤（1）中黄铁矿粉末中的S和Se的物质的量之为（1-10）：1。

所述的硒化黄铁矿材料制备的电池，由正极片、负极片、电解液、隔膜及外壳组成，利用硒化黄铁矿制备钠电池或钠离子电池，硒化黄铁矿作为钠电池的正极材料或钠离子电池的负极材料。

所述硒化黄铁矿与导电剂、粘结剂和分散剂均匀混合后所得到的浆料填涂到集流体得到正极片或负极片。集流体可以是碳布、金属不锈钢、镍、铝的多孔、网状或薄膜材料。