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技术

本发明专利技术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。本发明专利技术提供的硫酸亚铁钠/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。具有广阔的市场应用前景。具有广阔的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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；本专利技术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。
[0006]本专利技术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。
[0007]本专利技术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：
[0008](1)将碳纳米管分散于去离子水中，超声处理30
‑
90min；
[0009](2)将一定比例的七水合硫酸亚铁、无水硫酸钠、抗氧化剂加入去离子水中，搅拌1
‑
6h后，与步骤(1)中溶液混合，超声处理30
‑
90min，得到混合溶液一；
[0010](3)将步骤(2)中得到的混合溶液一进行喷雾干燥处理得到前驱体，将前驱体研磨5
‑
10min，待研磨均匀后，于惰性气体气氛中经过第一次煅烧、第二次煅烧，得到硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料；
[0011]作为本专利技术的一种优选实施方式，步骤(1)中水、碳纳米管的质量比为800：(100
‑
400)；
[0012]作为本专利技术的一种优选实施方式，步骤(2)中抗氧化剂为抗坏血酸、异抗坏血酸、异抗坏血酸钠、茶多酚、对苯二酚中的一种或多种；
[0013]作为本专利技术的一种优选实施方式，步骤(2)中七水合硫酸亚铁、无水硫酸钠、抗氧化剂和去离子水的摩尔比为(1
‑
2):(1
‑
2):(0.0001
‑
0.001):500，步骤(2)混合溶液一中碳纳米管的质量分数为10
‑
30％wt；
[0014]作为本专利技术的一种优选实施方式，步骤(3)中喷雾干燥进口温度为120
‑
190℃，出口温度为70
‑
90℃，进料速度为200
‑
800ml/h；
[0015]作为本专利技术的一种优选实施方式，步骤(3)中煅烧可使用坩埚或瓷舟，性气体为氮气、氩气或氢氩混合气；
[0016]作为本专利技术的一种优选实施方式，步骤(3)中第一步煅烧以0.5
‑
5℃/min的升温速率升温到110
‑
200℃，恒温1
‑
3h；
[0017]作为本专利技术的一种优选实施方式，步骤(3)中第二步煅烧以0.5
‑
5℃/min的升温速率升温到340
‑
400℃，恒温12
‑
36h。
[0018]硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料，包括正极电极片，正极电极片由正极材料、导电添加剂、粘结剂和溶剂制备而成，正极材料为上述制备得到的硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料。
[0019]一种钠离子电池，由正极、隔膜、电解液和负极金属钠组成，所述正极为上述技术方案所述的钠离子电池正极电极片。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]1、本专利技术提供了一种硫酸亚铁钠/碳纳米管正极材料、其制备方法及应用，是将七水合硫酸亚铁、无水硫酸钠及抗坏血酸溶解于去离子水中形成混合溶液后，加入碳纳米管分散溶液，进行喷雾干燥处理得到前驱体，将前驱体在惰性气体气氛下经过两次煅烧，即得到硫酸亚铁钠/碳纳米管正极材料。
[0022]2、本专利技术碳纳米管本身有良好的导电性，与硫酸亚铁钠复合之后，极大地提升了硫酸亚铁钠/碳纳米管正极材料的导电性，包含硫酸亚铁钠/碳纳米管材料的可充放钠(离子)电池表现出高的放电比容量、良好的循环性能。
[0023]3、本专利技术合成方法简单、成本低廉，便于产业化控制，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
[0024]为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0025]图1是实施例1制备的硫酸亚铁钠/碳纳米管复合材料的X射线衍射图；
[0026]图2是实施例1制备的硫酸亚铁钠/碳纳米管复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0027]图3是实施例2制备的硫酸亚铁钠/碳纳米管复合材料的钠电池倍率性能图；
[0028]图4是实施例2制备的硫酸亚铁钠/碳纳米管复合材料在0.2C下的充放电曲线图；
[0029]图5是实施例3制备的硫酸亚铁钠/碳纳米管复合材料在0.2C下的充放电曲线图；
[0030]图6是实施例3制备的硫酸亚铁钠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：将一定的碳纳米管分散于去离子水中，在超声处理下形成均匀分散液；步骤二：将一定比例的七水合硫酸亚铁、无水硫酸钠、抗氧化剂加入去离子水中，搅拌1
‑
6h后，与步骤一中分散液混合，超声处理30
‑
90min，得到混合溶液一；步骤三：将步骤二中得到的混合溶液一进行喷雾干燥处理得到前驱体，将前驱体研磨5
‑
10min，待研磨均匀后，于惰性气体气氛中经过第一次煅烧、第二次煅烧，得到硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料。2.根据权利要求1所述的硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中水、碳纳米管的质量比为800：(100
‑
400)。3.根据权利要求1所述的硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中抗氧化剂为抗坏血酸、异抗坏血酸、异抗坏血酸钠、茶多酚、对苯二酚中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的硫酸亚铁钠/碳纳米管复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中七水合硫酸亚铁、无水硫酸钠、抗氧化剂和去离子水的摩尔比为(1
‑
2)：(1
‑
2)：(0.0001
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0.001)：500；混合溶液一中碳纳米管的质量分数为10
‑
30％wt。5.根据权利要求1所述的硫酸亚铁钠/碳纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张维民，邹伟民，康书文，王亿周，房志敏，
申请(专利权)人：江苏智纬电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：