[发明专利]硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料、制备方法及钠离子电池

说明书

本发明公开了一种硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料、制备方法及钠离子电池，其制备方法包括以下步骤：将碳纳米管分散于去离子水中，经超声处理，形成均匀的碳纳米管分散液；再将七水合硫酸亚铁、无水硫酸钠、抗氧化剂加入去离子水中，搅拌均匀后，将其与碳纳米管分散液混合，经超声处理，得到混合溶液；然后对混合溶液进行喷雾干燥处理得到前驱体，将前驱体研磨均匀后，于惰性气体气氛中进行二次煅烧，得到硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料。本发明提供的硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料具有优异的储钠容量、优越的充放电循环稳定性和良好的倍率性能，合成方法简单、成本低廉，便于产业化控制，具有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料领域，具体为硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料、制备方法及钠离子电池。

背景技术

早在二十世纪七十年代就已经开始了对钠离子电池的研究，由于缺乏合适的负极所以对钠离子电池的研究较为缓慢。一直到2000年，人们发现硬碳可以作为钠电负极材料，该材料具有几乎与锂离子电池石墨负极相同的可逆容量，这一发现推动了钠离子电池的发展。此后，由于锂资源的短缺，稀缺的锂资源极大地限制了电动汽车和储能等领域的发展。因此，开发和寻找可代替锂的新型储能体系是目前大家关注的热点。钠离子电池具有资源丰富，成本低廉，分布广泛，与锂离子电池相似的工作原理等优点，受到人们的关注，为电化学储能提供了新的选择，越来越多的研究人员开始了对钠离子电池的研究。近几年移动智能终端设备，特别是柔性可穿戴设备、可植入式医疗器件、无线通信设备等迅猛发展，人们对储能电池提出了更高的要求。相较于现有的锂离子电池体系，钠离子电池在大规模储能方面更具潜力，因此其应用前景十分广阔。

钠离子正极材料作为钠离子电池至关重要的功能组成部分，对改进钠离子电池的性能起着关键作用。目前主流的正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、有机正极材料和普鲁士蓝类似物等正极材料。其中，Na₂Fe(SO₄)₂由于较高的平均电压、高比容量和易于合成等特性，被认为是最具有大规模应用前景的钠离子电池正极材料之一。但是它由于自身的电子绝缘性影响了材料的高倍率充放电性能，循环稳定性差等缺点限制了其发展应用。

现在，硫酸盐类的电极材料已经得到应用，由于单纯的Na₂Fe(SO₄)₂材料不易制备，且电子电导率低和动力学性能较差。使用喷雾干燥法，通过与导电性、延展性好的碳纳米管复合，获得了更高的比容量和更好的循环稳定性的Na₂Fe(SO₄)₂/CNTs复合材料，研究其电化学性能。具有较好的倍率、循环性能。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决现有的钠离子电池正极材料由于自身的电子绝缘性影响了材料的高倍率充放电性能和循环稳定性差以及电子电导率低和动力学性能较差的问题，而提出硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料、制备方法及钠离子电池；本发明钠离子电池正极材料化学式为Na₂Fe(SO₄)₂/CNTs。硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料颗粒的粒径为2-10μm。由于掺杂碳纳米管进行改性，使得复合材料在进行烧结时，中空球状结构未大量坍塌。

本发明所提供的所述结构的复合正极材料，Na₂Fe(SO₄)₂与碳纳米管紧密结合，碳纳米管对Na₂Fe(SO₄)₂形成了良好包覆，材料的倍率性能得到了极大的优化。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将碳纳米管分散于去离子水中，超声处理30-90min；