自支撑钠离子电池负极材料的制备方法及所制备的材料技术

本发明专利技术公开了一种自支撑钠离子电池负极材料的制备方法及所制备的材料，首先将无纺布洁面巾在铁盐溶液中浸泡，然后取出并干燥得到前体，再将所述前体在惰性气氛下与硫粉在200

【技术实现步骤摘要】
自支撑钠离子电池负极材料的制备方法及所制备的材料


[0001]本专利技术涉及钠离子电池负极材料领域，具体涉及一种碳纳米纤维负载的Fe3O4/FeS2异质结自支撑钠离子电池负极材料的制备方法及所制备的该材料。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于其重量轻、能量密度高和循环寿命长等优点，已成为电动汽车、电动自行车、便携式电子产品等的主要电源。然而，锂元素较低的自然储量及锂电池较贵的价格和较差的安全性限制了锂离子电池的进一步发展。钠离子电池因其价格低廉、钠资源丰富以及与锂电池类似的储能机制而备受关注。
[0003]铁基氧化物和硫化物自然资源丰富，并且二者作为钠离子电池的负极材料具有较高的理论比容量，但在充放电过程中铁基氧化物和硫化物体积变化大因而易破碎脱落，并且实际比容量明显降低，循环稳定性差。如何克服铁基氧化物和硫化物充放电时的易破碎性并提升其循环稳定性和实际比容量是提升其作为钠离子电池负极材料性能的重要途径。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种自支撑钠离子电池负极材料的制备方法，该方法能够生成Fe3O4/FeS2异质结并负载在碳纳米纤维上，这样不需要导电剂、粘合剂及集流体就可以自身支撑定型并导电而作为钠离子电池负极使用，充放电时不易破碎，实际比容量高，循环稳定性及倍率性能好。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术采取如下技术方案：一种自支撑钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：将无纺布洁面巾在铁盐溶液中浸泡，然后取出并干燥得到前体；步骤S2：将所述前体在惰性气氛下与硫粉在200
‑
500 ℃进行硫化，之后升温至500
‑
900 ℃进行碳化，得到碳纳米纤维负载Fe3O4/FeS2异质结自支撑钠离子电池负极材料。
[0006]优选的，所述步骤S1中，所述无纺布洁面巾在铁盐溶液中浸泡30
‑
60 min后取出并在60
‑
80 ℃干燥5
‑
8 h得到所述前体。
[0007]优选的，所述步骤S1中，所述铁盐溶液为三氯化铁溶液、硝酸铁溶液或硫酸铁溶液，铁盐溶液中三价铁离子的浓度为0.1
‑
0.15 mol
·
L
‑1。
[0008]优选的，所述步骤S1中，所述无纺布洁面巾为圆形，直径1.5
‑
2 cm。
[0009]优选的，所述步骤S2中，所述前体与硫粉的质量比为1：3
‑
5，在惰性气氛下以5 ℃ min
‑1的升温速率升温至300
‑
400 ℃，保温1.5
‑
3 h进行硫化。
[0010]优选的，所述步骤S2中，所述硫化后，在惰性气氛下以5 ℃ min
‑1的升温速率升温至600
‑
700 ℃，保温1.5
‑
3 h进行碳化，得到碳纳米纤维负载的Fe3O4/FeS2异质结自支撑钠离子电池负极材料。
[0011]优选的，所述惰性气氛为氮气或氩气。
[0012]优选的，所述步骤S1中，将无纺布洁面巾裁剪成直径为1.6 cm的圆片，将1 g六水
合三氯化铁溶于30 mL蒸馏水配成FeCl3溶液，然后将所述圆片浸泡到FeCl3溶液中，在超声30 min后捞出，在60 ℃的鼓风干燥箱中干燥5 h，得到所述前体；所述步骤S2中，将所述前体和硫粉混合，前体和硫粉的质量比为1:4，然后在氮气气氛下按照5 ℃ min
‑1的升温速率升至350 ℃并保温2 h，然后直接以5 ℃ min
‑1的升温速率升温至650 ℃并保温2 h得到所述碳纳米纤维负载Fe3O4/FeS2异质结自支撑钠离子电池负极材料。
[0013]本专利技术的另一个目的是提供上述方法制备的碳纳米纤维负载的Fe3O4/FeS2异质结自支撑钠离子电池负极材料。
[0014]本专利技术方法通过硫化和碳化步骤，可生成Fe3O4和FeS2混合物相即Fe3O4/FeS2异质结，同时形成多孔纤维结构，这种多孔纤维结构在充放电过程中可以有效缓解Fe3O4/FeS2的体积膨胀，使Fe3O4/FeS2异质结不易破碎脱落，还有利于电解液的渗透和加速电子传输，从而提升其面积比容量和循环稳定性。本方法制作的碳纳米纤维负载的Fe3O4/FeS2异质结具有活性物质和支持载体一体成型的效果并自带导电性，所以无需再像以前那样用粘合剂将活性物质和导电剂粘接到集流体上形成负极，而是此一体成型的材料可自支撑地作为负极。本专利技术方法制备的负极材料薄片在0.5 A cm
‑2的电流密度下可达1.25 mAh cm
‑2的面积比容量，在2.0 A cm
‑2的电流密度下可达0.5 mAh cm
‑2的面积比容量，且循环1000次后仍可具有0.47 mAh cm
‑2的面积比容量。将所制备的负极与NVP@C正极组装成的全电池，具有较高的能量密度和效率密度，且在2.0 A cm
‑2的电流密度下循环1000次后仍有0.21 mAh cm
‑2的面积比容量。
附图说明
[0015]图1为实施例1制备的负极材料的SEM图，其中a对应FOSM
‑
500，b对应FOSM
‑
600，c对应FOSM
‑
650，d对应FOSM
‑
700，e对应FOSM
‑
800，f对应FOSM
‑
900。
[0016]图2为实施例1制备的负极材料的TEM图，其中a对应FOSM
‑
500，b对应FOSM
‑
650，c对应FOSM
‑
900。
[0017]图3为实施例1制备的负极材料的XRD图及Fe3O4和FeS2标准卡片的XRD图。
[0018]图4为实施例1中的FOSM
‑
500、 FOSM
‑
650和FOSM
‑
900的Raman图。
[0019]图5为实施例1中FOSM
‑
650的Fe 2p的XPS图。
[0020]图6为实施例1中FOSM
‑
650的S 2p的XPS图。
[0021]图7为实施例1中FOSM
‑
650的O 2s的XPS图。
[0022]图8为实施例1中的负极材料的CV图，其中a对应FOSM
‑
500，b对应FOSM
‑
600，c对应FOSM
‑
650，d对应FOSM
‑
700，e对应FOSM
‑
800，f对应FOSM
‑
900。
[0023]图9为实施例1中的负极材料的充放电图，其中a对应FOSM
‑
500，b对应FOSM
‑
600，c对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤S1：将无纺布洁面巾在铁盐溶液中浸泡，然后取出并干燥得到前体；步骤S2：将所述前体在惰性气氛下与硫粉在200
‑
500 ℃进行硫化，之后升温至500
‑
900 ℃进行碳化，得到碳纳米纤维负载的Fe3O4/FeS2异质结自支撑钠离子电池负极材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述无纺布洁面巾在铁盐溶液中浸泡30
‑
60 min后取出并在60
‑
80 ℃干燥5
‑
8 h得到所述前体。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述铁盐溶液为三氯化铁溶液、硝酸铁溶液或硫酸铁溶液，铁盐溶液中三价铁离子的浓度为0.1
‑
0.15 mol
·
L
‑1。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述无纺布洁面巾为圆形，直径1.5
‑
2 cm。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述前体与硫粉的质量比为1：3
‑
5，在惰性气氛下以5 ℃ min
‑1的升温速率升温至3...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵孝先，侯宝秀，蔺庆，张慧，刘媛，郑思源，刘振帅，
申请(专利权)人：河北农业大学，
类型：发明
国别省市：