[发明专利]铁碳复合材料、电极材料、钠/钾离子电池及其制备方法

说明书

本申请实施例公开了一种铁碳复合材料、电极材料、钠/钾离子电池及其制备方法，所述铁碳复合材料的形貌为碳包覆的纳米铁颗粒。本申请实施例提供的铁碳复合材料基于界面电荷存储的自旋电容效应进行能量存储，应用于钠离子电池或钾离子电池具有高能量密度，良好倍率性能和较好的循环稳定性。

本申请要求于2020年7月9日提交中国专利局、申请号202010656576.9、发明名称为“一种纳米复合材料及其制备方法、使用方法和器件”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及钠/钾离子电池技术领域，特别是涉及一种铁碳复合材料、电极材料、钠/钾离子电池及其制备方法。

背景技术

随着社会生产力的不断提高，以及新能源汽车及电子设备的大力发展，可再生能源以及新能源受到人们的广泛关注。发展潮汐能、太阳能、风能等可再生能源能够有效缓解经济发展过程中面临的能源、资源、环境之间矛盾。然而由于风能、潮汐能、太阳能等可再生清洁能源发电具有不连续性和不稳定性，无法直接并入电网被投入使用，需要利用储能器件进行存储后，再加以利用。在诸多储能技术中，电池储能具有无污染、方便快捷、高能量密度、低成本等优点，在近些年来成为储能技术研究和应用热点。在现有的储能电池中，钠离子电池、钾离子电池与已经商业化的锂离子电池具有相似的电化学行为而备受关注。

离子电池通常由正极、负极和电解液组成。其中，电极材料是离子电池的关键材料之一，其性能直接决定离子电池的性能。现有技术中钠/钾离子电池通常采用石墨电极或过渡金属电极。石墨电极通常具有较稳定的循环性能和倍率性能，然而其能量密度较低；过渡金属电极(例如氧化铁等)可以提供较高的能量密度，但是其倍率性能和循环稳定性又受到转化反应的限制。

发明内容

本申请实施例中提供了一种铁碳复合材料、电极材料、钠/钾离子电池及其制备方法，以利于解决现有技术中钠/钾离子电池不能同时具备较高的能量密度、倍率性能和循环稳定性的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种铁碳复合材料，所述铁碳复合材料的形貌为碳包覆的纳米铁颗粒。

优选地，所述纳米铁颗粒的大小为1-5nm。

第二方面，本申请实施例提供了一种铁碳复合材料的制备方法，包括：

采用溶剂蒸发法制备所述铁碳复合材料的前驱体；

将所述前驱体在氩气氛围下煅烧，获得上述第一方面任一项所述的铁碳复合材料。

优选地，所述采用溶剂蒸发法制备所述铁碳复合材料的前驱体，包括：

将葡萄糖、双氰胺和铁源加入到分散剂中分散混合，获得混合溶液；

将所述混合溶液进行溶剂蒸发处理，获得铁碳复合材料的前驱体。

优选地，所述铁源为以下材料中的一种或其组合：乙酰丙酮铁、九水硝酸铁和七水合氯化铁；和/或，

所述分散剂为离子水和无水乙醇的混合物。

优选地，所述离子水和无水乙醇的比例为99：1-80：1。

优选地，所述前驱体的煅烧温度为600-800℃，升温速率为1-3℃min^-1，保温时间2-4h。

第三方面，本申请实施例提供了一种钠/钾离子电池电极材料，包括铜箔和涂覆层，所述涂覆层为上述第一方面任一项所述的铁碳复合材料、炭黑和聚偏氟乙烯的混合物。

第四方面，本申请实施例提供了一种钠/钾离子电池电极材料的制备方法，包括：

将上述第一方面任一项所述的铁碳复合材料、炭黑和聚偏氟乙烯均匀混合，获得混合物；