[发明专利]一种棒状结构硫铁钠材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种棒状结构硫铁钠材料及其制备方法，制备的硫铁钠材料，稳定性高，初始容量高，最高达22888mAh g^‑1，这些都表明硫铁钠材料将在储能材料中具有潜在的应用。该硫铁钠材料可以用于储能电池的电极材料、电解质材料，比如可以应用在钠离子电池、锂离子电池、钾离子电池、铝离子电池、铅酸电池、超级电容器等储能电池的电极、电解质，也可以作为太阳能电池的重要组件，未来可能会应用于生物医药领域。

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种棒状结构硫铁钠材料及其制备方法。

背景技术

目前，风电水电，核能等受到越来越多的关注，发电技术的进步导致了旺季电力储备的持续下滑，促进了储能材料的蓬勃发展。新型能源材料的研发将在一定程度上推动着能源领域的快速发展。

为了稳定电极和缩短钠离子的扩散长度，锂电池中采用的许多策略正在启发钠电池电极的设计，包括纳米化和复合材料的制备。纳米结构材料具有两种效应：(1)“微小尺寸效应”，取决于纳米颗粒直径的减小或单层膜的厚度和表面体积比的增加；(2)“真实尺寸效应”，取决于材料局部性质的变化。例如，高比表面积的纳米结构电极材料可以增加电解质的副反应，降低库仑效率。单相体系同时获得高容量、长循环寿命和良好的速率性能是很少见的，因此，将单个材料的独特性能结合起来形成复合材料，可能在钠电池电极材料中产生协同效应。纳米材料的组合为先进电极的发展开辟了新的前景。通常有以下选择：(1)引入不适合作为电极材料本身的新材料；(2)增加活性材料与电解液之间的接触表面积；(3)使用导电材料作为结构剂，减少电子和离子的传输路径长度。因此，使用新材料是获得高性能新型钠电池的一个好方法。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的技术问题，本发明提供了一种棒状结构硫硫铁钠新材料，包括以下制备步骤：

1)准备制备原料摩尔百分比为：含铁材料10-50％，含钠材料10-50％，含硫材料10-50％，且上述材料的摩尔百分比总和为100％；

2)将原料加入有机溶剂/超纯水中搅拌均匀后转移至反应釜中；

3)将产物用有机溶剂或超纯水洗涤后干燥；

4)将产物在氮气保护中，进行热处理，制得棒状结构硫铁钠。

优选地，所述含铁材料选自：赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿、黄铁矿、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、氢氧化铁、氢氧化亚铁中的一种或几种。

优选地，所述含钠材料选自：磷酸钠、酸式焦磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、焦磷酸钠、乙酸钠、醋酸钠、碳酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫酸钠、硫代硫酸钠、碳酸氢钠、硝酸钠中的一种或几种。

优选地，所述含硫材料选自：硫单质、硫酸盐、亚硫酸和亚硫酸盐中的一种或几种。

优选地，所述反应釜中的条件为：反应温度100-200℃，反应时间2-48h。

优选地，所述有机溶剂选自：醇、乙二醇、异丙醇。

优选地，所述热处理条件为：在氮气下，烧结温度200-1000℃，反应时间2-48h。

一种棒状结构的硫铁钠材料由以上所述方法制备。

优选地，所述棒状结构长度为300-500nm，直径约为50-80nm。

初始容量高，最高达22888mAh g^-1，比能量最高达17016Wh kg^-1。

该硫铁钠材料可以用于储能电池的电极材料、电解质材料，比如可以应用在钠离子电池、锂离子电池、钾离子电池、铝离子电池、铅酸电池、超级电容器等储能电池的电极、电解质，也可以作为太阳能电池的重要组件，未来可能会应用于生物医药领域。

有益效果包括: