[发明专利]一种钠离子电池电极材料及其制备方法

说明书

一种钠离子电池电极材料，它为具有网状结构的生物质碳负载二硫化亚铁材料。本发明中将二硫化亚铁颗粒均匀负载在多孔的生物质碳表面或内部，通过与结构稳定性较好、电导率较高的生物质碳材料的复合，改善二硫化亚铁材料作为钠离子电池负极材料时首圈库伦效率低、循环稳定性差和倍率性能差等问题。

技术领域

本发明属于电池电极材料技术领域，具体涉及一种钠离子电池电极材料及其制备方法。

背景技术

钠离子电池负极材料中，过渡金属硫化物因其原料来源丰富、成本低等优点，备受电池材料研究者们的关注。黄铁矿型二硫化亚铁是一种典型的高容量、低成本电极材料，其理论容量可达894 毫安时/克，原料成本也比较低，因此是一种很有潜力的钠离子电池负极材料。

虽然二硫化亚铁作为钠离子电池电极材料时比容量很高，但由于该材料在充放电过程中晶体结构变化较大、颗粒粉化严重等问题，其首圈充放电效率较低、循环寿命也比较差；同时，由于该材料的电子电导率和离子电导率都比较低，当电池进行大电流充放电时，材料的的倍率性能较差。

发明内容

针对二硫化亚铁材料实际应用中存在的问题或改进需求，本发明提供了一种钠离子电池电极材料及其制备方法，对二硫化亚铁电极材料进行了改性，其目的在于将二硫化亚铁颗粒均匀负载在一种生物质碳材料的表面或内部，通过与结构稳定性较好、电导率较高的生物质碳材料的复合，改善二硫化亚铁材料作为钠离子电池负极材料时首圈库伦效率低、循环稳定性差和倍率性能差等问题。

本发明的目的是以下述技术方案实现的：

一种钠离子电池电极材料，它为具有网状结构的生物质碳负载二硫化亚铁材料。所述生物质碳与二硫化亚铁（以Fe元素计）的质量比为(0.02-20):1。

如上所述的钠离子电池电极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）取可溶性铁盐与生物质碳前驱体在溶剂中浸泡制备得到铁盐与生物质碳前驱体复合物；

（2）去除步骤（1）溶剂，铁盐与生物质碳前驱体复合物经高温烧结制备得到铁氧化物和生物质碳复合材料；

（3）采用高温热处理硫化法制备得到生物质碳负载二硫化亚铁材料，即钠离子电池电极材料。

所述步骤（1）中可溶性铁盐为乙酸铁、硝酸铁、草酸铁、硫酸亚铁、乙酰丙酮铁中的一种或多种；所述生物质碳前驱体为灯芯草、柚子皮、香菇、杏鲍菇的一种或两种以上组合，所述溶剂为水、乙醇、乙二醇、氮氮二甲基甲酰胺的一种或几种；所述生物质碳前驱体与可溶性铁盐（以Fe元素计）的质量比为( 0.04-400):1。

所述步骤（1）中在溶剂中还加入了表面活性剂，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠中的一种或或两种以上组合；所述表面活性剂与可溶性铁盐（以Fe元素计）的质量比为(0-10):1。

所述步骤（1）浸泡温度为-10-200 ℃，浸泡时间为10 min-48 h，搅拌速度为0-400r/min。

所述步骤（2）去除步骤（1）溶剂采用干燥法进行，干燥温度为-80-200 ℃，干燥时间为10 min-120 h，干燥真空度为1 Pa -102 kPa。

所述步骤（2）高温烧结温度为500-1500 ℃，烧结时间为10 min-24 h，烧结保护气氛为氮气、氩气、氢气中的一种或几种混合气体，升温速率为0.5-20 ℃/min，降温速率为0.5-50 ℃/min。

所述步骤（3）高温热处理硫化法中硫源种类为硫粉、硫代乙酰胺、硫化氢等含硫物质中的一种或几种，所述硫源与铁氧化物和生物质碳复合材料的质量比为 (3-15):1。