一种钠离子电池复合负极活性材料的制作方法技术

本发明专利技术提供了一种钠离子电池复合负极活性材料的制作方法。将锌冶炼用锌精矿用砂磨机粉碎0.5‑5小时，过滤，洗涤，干燥，研磨，得到粒径小于2μm的微纳米锌精矿；接着，将有机物、高导电性碳与其充分混合，在惰性气氛炉内于200‑850℃下焙烧0.5‑10小时，自然降温，球磨粉碎，得到钠离子电池微纳米锌精矿/碳复合负极活性材料。该负极活性材料的反应电位约0.8V(vs.Na/Na

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池复合负极活性材料的制作方法
本专利技术涉及钠离子电池材料领域，特别是将天然矿物复合材料用作电极活性材料。
技术介绍
近年来，电动汽车动力电源和风电、光伏储能等应用需求快速增长，锂离子电池综合性能优异，已经成为动力电源和储能应用优选电池。但是，由于锂资源地壳储量稀少，并且全球分布极不均衡，导致电动汽车及锂离子电池储能价格偏高。同时，锂离子电池的安全问题及能量密度也是制约其进一步发展的重要因素。钠与锂属于同族元素，其地壳资源是锂的1200倍，并且分布广泛，价格低廉，开发钠离子电池具有现实的可行性。目前，负极材料是限制钠离子电池发展的关键因素。钠电池负极材料的类型主要有钠及钠合金、碳素、过渡金属化合物和有机化合物等。其中，过渡金属化合物包括氧化物、硫化物、氮化物、磷化物、碳化物及其他无机化合物，这些化合物的氧化还原电位较高，能够避免形成枝晶，同时其比容量远较碳素负极材料高，并且充放电过程中体积膨胀较合金类电极材料小。因此，过渡金属化合物是很有希望的钠离子电池负极材料。过渡金属硫化物与氧化物相比，其金属-硫键能较弱，晶胞参数较大，电子导电性较好，因而其电化学反应动力学过程更容进行，有利于获得较好的循环性能和大电流性能。因此，过渡金属硫化物负极材料已经成为钠离子电池研发的热点。本专利技术将天然原生硫化物矿物与碳材料复合用作钠离子电池负极活性材料，获得了良好的电化学性能，是很有希望的高性能负极活性材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是将廉价的锌冶炼用天然锌精矿与碳材料复合，以制得具有良好电化学性能的钠离子电池负极活性材料。具体步骤为：将锌冶炼用锌精矿用砂磨机粉碎0.5-5小时，过滤，洗涤，干燥，研磨，得到粒径小于2μm的微纳米锌精矿；接着，将有机物、高导电性碳与其充分混合，在惰性气氛炉内于200-850℃下焙烧0.5-10小时，自然降温，球磨粉碎，得到钠离子电池微纳米锌精矿/碳复合负极活性材料。附图说明图1本专利技术实施例1微纳米锌精矿的SEM照片。图2本专利技术实施例1微纳米锌精矿的XRD图谱。图3本专利技术实施例1微纳米锌精矿/碳复合负极材料的循环伏安曲线。图4本专利技术实施例1微纳米锌精矿/碳复合负极材料的充放电循环性能。实施例1：(1)从国内某选矿厂采集1.32公斤锌精矿(Zn质量百分比含量为52.99％)，分散于1.3升水中，采用直径0.2mm氧化锆作为研磨介质，用立式SPT1.5W型砂磨机循环2小时，分离氧化锆微球，过滤，将滤饼在干燥箱内于100℃下烘干，用QM-3SP4型行星式球磨机球磨0.5小时，得到微纳米锌精矿负极活性材料。图1为样品的SEM照片，从图中可以看出，其平均粒径约为50nm，并且分散性好。图2为样品的XRD图谱，主要为纯闪锌矿相，衍射峰较宽表明其粒径已达纳米级。(2)将步骤(1)所得微纳米锌精矿负极活性材料滤饼与6克分析纯石墨粉、180克木薯淀粉分散于0.5升水中，用QM-3SP4型行星式球磨机球磨1小时，筛出研磨球，将浆料置于干燥箱内于100℃下烘干，分取5克物料转移至管式气氛炉内，通氩气、抽真空反复两次，调节氩气流速为200mL/分钟，以5℃/分钟的加热速率将管式炉温升高至300℃并保温2小时，接着继续升高炉温至600℃并保温8小时，然后自然降温至室温，取出产物，用玛瑙研钵研磨10分钟，得到钠离子电池微纳米锌精矿/碳复合负极活性材料。(3)将步骤(2)所得微纳米锌精矿/碳复合负极活性材料与乙炔黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)按80︰10︰10的质量比在玛瑙研钵中研磨混合，滴加混合料质量5倍的分析纯N-甲基吡咯烷酮(NMP)，并充分研磨至均匀浆料，涂布于铝箔表面，在真空烘箱内于80℃下干燥12小时以上，冲片，称重，得到微纳米锌精矿/碳复合电极片。(4)将步骤(3)所制微纳米锌精矿/碳复合电极片与市售电池级金属钠、Celgard2400多孔膜、lmoL/LNaPF6的EC+DEC+DMC(体积比为l︰l︰l)溶液组装纽扣电池，并测试其电化学性能。从图3(电位扫描速率为0.1mV/s)循环伏安曲线可以看出，在0.8V附近存在一对重迭性较好的氧化还原峰，表明该电极具有较好的电化学反应可逆性。从图4(电流密度为20mA/g)放电容量-循环次数关系可以看出，该电极的初始放电容量为793mAh/g，在前24周循环中放电比容量上升，最高达1162mAh/g，200周循环后比容量为833mAh/g，容量保持率为71.7％；其库伦效率在充放电循环前30周是上升过程，之后稳定在99.0％。这表明微纳米锌精矿/碳复合电极片在充放电循环初期存在活化过程，之后循环稳定性良好。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠离子电池复合负极活性材料的制作方法，其特征在于具体步骤为：将锌冶炼用锌精矿用砂磨机粉碎0.5-5小时，过滤，洗涤，干燥，研磨，得到粒径小于2μm的微纳米锌精矿；接着，将有机物、高导电性碳与其充分混合，在惰性气氛炉内于200-850℃下焙烧0.5-10小时，自然降温，球磨粉碎，得到微纳米锌精矿/碳复合材料，用于制作钠离子电池负极活性材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池复合负极活性材料的制作方法，其特征在于具体步骤为：将锌冶炼用锌精矿用砂磨机粉碎0.5-5小时，过滤，洗涤，干燥，研磨，得到粒径小于2μm的微纳米锌精矿；接着，将有机物、高导电性碳与其充分混合，在惰性气氛炉内于200-850℃下焙烧0.5-10小时，自然降温，球磨粉碎，得到微纳米锌精矿/碳复合材料，用于制作钠离子电池负极活性材料。


2.根据权利要求1所述的微纳米锌精矿/碳复合负极材料的应用，其特征在于将微纳米锌精矿/碳复合负极材料应用于制作钠离子电池。


3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建文，黄斌，李延伟，肖顺华，刘博天，陈权启，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西;45