[发明专利]一种煤与一氧化锰的钠离子电池负极材料的制备方法

说明书

一种煤与一氧化锰的钠离子电池负极材料的制备方法，属于电池领域。该制备方法为：制备煤粉和一氧化锰复合材料、或煤粉和氢氧化锰复合材料；将该复合材料压片，作为复合材料阴极；将碳酸钠和碳酸钾脱水除杂后，通入氩气并升温至熔盐熔点，再升温，采用泡沫镍阴极进行预电解，然后将复合材料阴极插入熔盐中进行电解，电解电压为1.8V～2.8V，电解时间为1～12h；将电解后的复合材料阴极产物清洗干燥，得到煤与一氧化锰的钠离子电池负极材料。该负极材料制备的钠离子电池库伦效率可达98％～105％。该方法采用高温熔盐电解法得到性能优良的钠离子电池负极材料，具有原料来源广泛，对环境友好、成本较低、操作简单等优点。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种煤与一氧化锰的钠离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

电池作为一种传统储能材料，是一种能将化学能转化成电能的装置。电池作为能量来源具有输出电压、电流稳定，长时间稳定供电的优点，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，不易受外界气候和温度的影响，性能稳定可靠，在现代社会生活中发挥了巨大作用。目前电池负极材料主要有石墨、软碳(如焦炭)、硬碳等，正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡合金、纳米负极材料，以及其他的一些金属间化合物等，目前应用最广泛的仍当属碳材料。

锂离子电池是目前应用最广泛的电池之一，其使用的问题在于：性能有限且成本较高，钠离子电池与锂离子电池相比，钠离子电池具有的优势有：钠盐原材料储量丰富，价格低廉。钠盐所具有的特性，允许钠离子电池使用低浓度电解液，可进一步降低成本；现有的钠离子电池采用的负极材料有碳基材料、非金属单质、有机化合物、金属氧化物，这些负极材料中，碳基材料普遍存在容量低，循环性能差的缺点，非金属单质库伦效率和循环性能不优良，有机化合物制得的电极不可逆比容量较大，金属氧化物会采用与碳材料的复合，碳材料的加入有效提高了材料的比容量，改善了循环性能，碳材料很好缓冲了钠脱嵌过程中金属氧化物的体积变化，且能作为导电媒介，可显著解决其性能差的问题，而目前现有的碳/锰复合材料是二氧化锰或一氧化锰与碳的复合，其采用的制备方法价格高昂，操作繁琐，对实际操作要求高，因此，使得钠离子电池的制备成本升高。

发明内容

本发明的目的是在一种煤与一氧化锰的钠离子电池负极材料的制备方法。该方法以煤粉为碳源，与二价锰源混合后，作为反应的前驱体，压片得到复合材料压片，备用。以碳酸钠和碳酸钾的混合熔盐为反应介质，镍基合金为惰性阳极，复合材料压片为阴极，在预处理过的750℃高温熔盐中通过恒电位电解反应，改变复合材料压片的性能，然后将复合材料压片提离熔盐冷却、清洗、干燥，得到阴极产物用作钠离子电池负极材料。本发明的方法采用高温熔盐电解法可以制成性能优良的钠离子电池负极材料，具有原料来源广泛，对环境友好、成本较低、操作简单等优点。

本发明的目的是在一种煤与一氧化锰的钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：掺杂材料的制备

制备煤粉和二价锰源的复合材料；其中，复合材料中，按摩尔比，煤粉：二价锰源中Mn²⁺＝1：(1～10)；其中，二价锰源为一氧化锰或氢氧化锰；

步骤2：准备

(1)将煤粉和二价锰源的复合材料压片，得到复合材料压片；

(2)将复合材料压片用铁丝固定在不锈钢丝集流体上，作为复合材料阴极；将泡沫镍用铁丝固定在不锈钢丝集流体上，作为预电解时的泡沫镍阴极；将镍基合金与不锈钢丝集流体连接，作为阳极；

(3)将碳酸钠和碳酸钾充分混合，置于坩埚中，再将坩埚置于反应器中，封闭反应器，抽真空并升温至450～550℃，并保温10～15h，进行脱水除杂处理，得到脱水除杂后的碳酸盐；其中，按摩尔百分含量，碳酸钠为45～70mol％，碳酸钾为55～30mol％，优选为，碳酸钠：碳酸钾＝59mol％：41mol％；