【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二次电池，具体涉及一种水系铁离子电池及其制备方法。
技术介绍
1、随着我国大力发展可持续能源，电池储能技术也得到了广泛的关注和快速发展。锂离子电池作为目前最常见的储能技术之一，广泛应用于便携式电子设备和电动汽车。然而，锂资源的短缺导致锂材料价格昂贵，有机电解质的易燃问题等问题限制了其在未来大规模储能领域的发展。因此，近些年来，研究者们逐渐将目光转向成本更低、组装更加方便且更为安全的水系多价电池（如锌离子电池、镁离子电池、钙离子电池、铁离子电池等）。与具有单电子转移的电池相比，使用多价离子的系统由于参与了氧化还原反应的多次电子转移，可以实现更高的存储容量和能量密度。
2、在众多备选材料中，铁金属因其资源丰富、价格低廉的特点脱颖而出。水系铁离子电池相较于传统锂离子电池，具有多个显著优势。首先，铁元素是地壳中含量第四丰富的元素，储量远高于锂元素，且成本远低于锂；其次，水系铁离子电池采用水为溶剂作为电解质，避免了传统锂电池中有机电解质的易燃、易爆风险，具有更高的安全性；更重要的是金属铁负极具有960 ma h/g的高理论比容量和更高的氧化还原电位（-0.44v相对于标准氢电极），这意味着铁金属负极在水系电解质更加稳定且不易产生枝晶，从而大大提升水系铁离子的循环稳定性。由于其不含活泼金属，水系铁离子电池在生产和组装过程中不会产生有毒气体或环境污染物，因而是一种绿色环保的储能技术。
3、但是，当前水系铁离子电池的研究还处于初始阶段，一方面，由于fe2+的高极化限制其扩散动力学，使其缺乏高容量、长寿命的正
技术实现思路
1、针对以上现有技术的不足，本专利技术提供一种具有高容量长寿命的水系铁离子电池及其制备方法。
2、为实现上述目的，本专利技术的具体技术方案如下：
3、一种水系铁离子电池，包括正极、负极；其中，所述正极采用包括na3v2(po4)3/c在内的原料制得；所述负极采用包括单质铁粉在内的原料制得。
4、优选地，所述单质铁粉包括但不限于生铁粉、还原铁粉、羰基铁粉、纳米铁粉、电解铁粉、雾化铁粉中的至少一种。
5、优选地，所述na3v2(po4)3/c的制备方法，包括以下步骤：
6、s1、将有机钠盐，钒源，磷源加入到球磨溶剂内，得到混合液；
7、s2、将混合液球磨至粒径为100 nm~10 μm，得到前驱体分散液；
8、s3、将前驱体分散液进行干燥，得到前驱体粉体；
9、s4、将前驱体粉体在惰性气氛下烧结，得到正极活性材料na3v2(po4) 3/c。
10、本专利技术的水系铁离子电池以na3v2(po4) 3/c作为正极活性材料，其采用有机钠盐同时作为钠源和碳源，并且是通过简单的液相球磨-低温烧结法所制备得到，其生产制备工艺简单，所制备的na3v2(po4) 3/c具有微米级尺寸的纳米片结构，尺寸在2~20 µm范围内；该结构显著的增大了材料的比表面积（74.5459 m2/g），进一步缩短了铁离子的扩散距离，有效防止材料的粉化和体积膨胀现象；同时，较大的比表面积为电化学反应提供了更多的活性位点，从而提高了水系铁离子电池的电化学性能。
11、优选地，所述球磨时间为10~48 h。
12、优选地，所述球磨溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的至少一种。
13、优选地，所述有机钠盐为na3c6h5o7、nac2h3o2、na2c4o4、na2c4h4o4、nahco2、c6h11nao7、c6h11nao6、nac4h4o5、na2c4h4o6、c7h5nao2、c2h4nnao2中的至少一种。
14、优选地，所述钒源为v2o5、v2o3、vo2、v2o4、nh4vo3、vcl3中的至少一种。
15、优选地，所述磷源为(nh4)3po4、nh4h2po4、na2hpo4、 (nh4)2hpo4、nah2po4、h3po4中至少一种。
16、优选地，所述干燥温度为60~150 ℃，干燥时间为6~24 h。
17、优选地，所述烧结温度为550~900 ℃，烧结时间为5~25 h。
18、优选地，所述水系铁离子电池还包括电解液。
19、优选地，所述电解液为fe(cf3so3)2的水溶液，所述fe(cf3so3)2的水溶液的浓度为1~5 mol/l。
20、本专利技术还提供所述水系铁离子电池的制备方法，包括以下步骤：
21、（1）将na3v2(po4)3/c、乙炔黑、聚偏二氟乙烯混合，加入适量1-甲基-2-吡咯烷酮后研磨均匀得到正极浆料，将正极浆料涂敷在碳纸上，面密度控制在1.0~2.0 mg/cm2，干燥得到正极极片；
22、（2）将单质铁粉、碳源、粘结剂按比例混合得到混合浆料，将混合浆料压制成片状，干燥得到负极极片；
23、（3）以正极极片、玻璃纤维膜、负极极片的顺序放置，加入电解液，封口得到水系铁离子电池。
24、优选地，所述na3v2(po4)3/c、乙炔黑、聚偏二氟乙烯的质量比为8：1：1。
25、优选地，所述碳源为单壁碳纳米管、乙炔黑、super p、石墨、纳米碳纤维、氧化石墨烯、多壁碳纳米管、科琴黑、有机碳中的至少一种。
26、优选地，所述粘结剂为ptfe（聚四氟乙烯）、paa（聚丙烯酸）、peo（聚环氧乙烷）、la133（丙烯腈多元共聚物）、cmc（羧甲基纤维素）、pvdf（聚偏二氟乙烯）、sbr（丁苯橡胶）中的至少一种。
27、优选地，所述单质铁粉、碳源、粘结剂的质量比为（5~8）：（2~4）：（1~3）。
28、优选地，所述压制成片的厚度为10~50 μm。
29、与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
30、（1）本专利技术提供的水系铁离子电池具有高容量长寿命的优点，其中，在100 ma/g的电流密度下，具有171.2 ma h/g的放电比容量，并且，在500 ma/g的电流密度下，经7000次循环，其容量保持率高达91.9%。
31、（2）本专利技术的水系铁离子电池的正极活性材料na3v2(po4) 3/c是通过简单的液相球磨-低温烧结法所制备，其生产制备工艺简单，所制备的na3v2(po4) 3/c具有微米级尺寸的纳米片结构，尺寸在2~20 µm范围内；该结构显著的增大了材料的比表面积（74.5459 m2/g），进一步缩短了铁离子的扩散距离，有效防止材料的粉化和体积膨胀现象；同时，较大的比表面积为电化学反应提供了更多的活性位点，从而提高了水系铁离子电池的电化学性能。
32、（3）本专利技术的水系铁离子电池的正极材料na3v2(po4) 3/c选择有机钠盐作为钠源，有机钠盐既可以为反应提供所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水系铁离子电池，其特征在于，包括正极、负极；其中，所述正极采用包括Na3V2(PO4)3/C在内的原料制得；所述负极采用包括单质铁粉在内的原料制得。
2.根据权利要求1所述的一种水系铁离子电池，其特征在于，所述单质铁粉包括但不限于生铁粉、还原铁粉、羰基铁粉、纳米铁粉、电解铁粉、雾化铁粉中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种水系铁离子电池，其特征在于，所述Na3V2(PO4)3/C的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种水系铁离子电池，其特征在于，所述有机钠盐为Na3C6H5O7、NaC2H3O2、Na2C4O4、Na2C4H4O4、NaHCO2、C6H11NaO7、C6H11NaO6、NaC4H4O5、Na2C4H4O6、C7H5NaO2、C2H4NNaO2中的至少一种；所述钒源为V2O5、V2O3、VO2、V2O4、NH4VO3、VCl3中的至少一种；所述磷源为(NH4)3PO4、NH4H2PO4、Na2HPO4、 (NH4)2HPO4、NaH2PO4、H3PO4中至少一种。
5.根据权利要求3所述的
6.根据权利要求1所述的一种水系铁离子电池，其特征在于，还包括电解液，所述电解液为Fe(CF3SO3)2的水溶液。
7.一种水系铁离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种水系铁离子电池的制备方法，其特征在于，所述Na3V2(PO4)3/C、乙炔黑、聚偏二氟乙烯的质量比为8：1：1。
9.根据权利要求7所述的一种水系铁离子电池的制备方法，其特征在于，所述碳源为单壁碳纳米管、乙炔黑、Super P、石墨、纳米碳纤维、氧化石墨烯、多壁碳纳米管、科琴黑、有机碳中的至少一种。
10.根据权利要求7所述的一种水系铁离子电池的制备方法，其特征在于，所述单质铁粉、碳源、粘结剂的质量比为（5~8）：（2~4）：（1~3）。
...【技术特征摘要】
1.一种水系铁离子电池，其特征在于，包括正极、负极；其中，所述正极采用包括na3v2(po4)3/c在内的原料制得；所述负极采用包括单质铁粉在内的原料制得。
2.根据权利要求1所述的一种水系铁离子电池，其特征在于，所述单质铁粉包括但不限于生铁粉、还原铁粉、羰基铁粉、纳米铁粉、电解铁粉、雾化铁粉中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种水系铁离子电池，其特征在于，所述na3v2(po4)3/c的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种水系铁离子电池，其特征在于，所述有机钠盐为na3c6h5o7、nac2h3o2、na2c4o4、na2c4h4o4、nahco2、c6h11nao7、c6h11nao6、nac4h4o5、na2c4h4o6、c7h5nao2、c2h4nnao2中的至少一种；所述钒源为v2o5、v2o3、vo2、v2o4、nh4vo3、vcl3中的至少一种；所述磷源为(nh4)3po4、nh4h2po4、na2hpo4、 (...
【专利技术属性】
技术研发人员：皮玉强，冯凯凯，魏旭林，邓学成，刘雨腾，陈一鸣，王兆阳，熊凌云，王锋，丁瑜，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：
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