[发明专利]一种铁镍硫化物及其制备方法和用其做负极的钠离子电池

说明书

本发明公开了一种铁镍硫化物的制备方法，按照质量比1:(1～3):(1～7)取铁有机酸盐、硝酸镍和碳氮源有机物，混合研磨后得到混合物A；将混合物A在500℃～1200℃下热处理1h～5h，冷却后取出，得到产物B，将产物B与硫源按照质量比为1:(5～10)混合研磨均匀后，得到混合物C；将混合物C在300℃～600℃下热处理30min～1h，冷却后取出，得到产物D，即铁镍硫化物，本发明所制备的铁镍硫化物，具有连续碳层包覆的活性颗粒的葫芦状结构；该结构中的活性颗粒在充放电过程中可以保持纳米尺寸，包覆的碳纳米管结构可保护材料的膨胀过程，使活性材料的结构保持稳定，石墨化的碳纳米管结构可提供高速的导电通路，本发明所得铁镍硫化物还能用做钠离子电池的负极。

技术领域

本发明属于复合材料合成领域，具体涉及一种铁镍硫化物及其制备方法，还涉及一种采用铁镍硫化物作为电池负极材料的钠离子电池。

背景技术

近年来，由于钠元素在地球中分布广泛且储量丰富，室温钠离子充放电电池的研发已被认为是在大规模储能，特别是智能电网等领域中替代锂离子电池，以有效解决锂离子电池矿物储备低和锂源高成本问题的有效途径。在众多钠离子电池负极材料体系中，碳、金属氧化物或硫化物，以及Sn、Sb等合金型材料是学者们最关注的几类材料体系。其中，金属硫化物由于具有较高的理论容量，资源丰富，低毒，导电性较好等优点，是潜在的钠离子电池的负极材料。其中硫化铁作为钠离子电池电极材料，是一种稳定、无毒且制备简单的廉价材料，具有高理论嵌钠容量(894mAh/g)和体积比容量(2950mAh/cm³)。然而，硫化铁导电性不高、与有机电解液的界面相容性差、电极材料微观尺寸大、有效充放电活性点利用率低的不足极大地阻碍了其电化学储钠的能力。同时，由于硫化铁电阻率较大，放电时电压下降较快，尤其在电池大电流放电时会产生严重的极化现象，大大缩短电池的工作寿命。因此，提升硫化铁作为负极材料在钠离子电池中的循环容量和可持续性，是目前有待深入研究的方向。

发明内容

为了解决了现有技术中存在的问题，本发明提供一种铁镍硫化物及其制备方法和用其做负极的钠离子电池，该制备方法结合硫化铁镍材料的高容量、易于合成、制备成本低和镍铁具有协同催化碳石墨化形成碳管的作用，通过热处理过程中，铁镍共同催化作用下形成碳纳米管包覆颗粒结构，形成纳米复合结构以形成的钠离子电池负极材料，显著改善硫化铁负极材料的电化学储钠性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种铁镍硫化物的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照质量比1:(1～3):(1～7)取铁有机酸盐、硝酸镍和碳氮源有机物，混合研磨后得到混合物A；

步骤2，将混合物A在500℃～1200℃下热处理1h～5h，冷却后取出，得到产物B，

步骤3，将产物B与硫源按照质量比为1:(5～10)混合研磨均匀后，得到混合物C；

步骤4，将混合物C在300℃～600℃下热处理30min～1h，冷却后取出，得到产物D，即铁镍硫化物。

步骤1中，铁有机酸盐采用分析纯，铁有机酸盐包括柠檬酸铁、草酸铁或乙酸铁。

步骤1中，碳氮源有机物包括尿素、三聚氰胺、碳二亚胺、三聚氰酸或三聚硫氰酸。

步骤1中，研磨时间为半小时。

步骤2中，热处理升温速率为2℃/min～20℃/min，随炉冷却。

步骤3中，硫源采用升华硫、硫代乙酰胺或三聚硫氰酸中的一种或者多种。

步骤4中，热处理升温速率为5℃/min～10℃/min，随炉冷却。

采用上述制备方法制备的铁镍硫化物颗粒为连续碳层包覆颗粒结构。