钠制造技术

本发明专利技术涉及电池材料技术领域，特别涉及一种钠

【技术实现步骤摘要】
钠/钾离子电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池材料
，特别涉及一种钠
/
钾离子电池负极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]石墨作为插层型负极材料，在锂离子电池中得到了广泛的应用，同时作为钾离子电池负极也具有较高的理论比容量
(279mAh
·
g
‑1)。
然而，由于钠
/
钾元素较大的离子半径，在嵌钾过程中石墨负极面临高达
60
％的晶格膨胀，伴随严重的体积变化；同时，钾离子在石墨碳层中的扩散动力学行为缓慢，导致其循环寿命短和倍率性能差
。
[0003]合理设计石墨碳纳米结构能够缓解其循环过程中的结构应力和体积效应，从而提高循环稳定性
。
同时，采用高浓度电解质体系也是改善石墨碳负极循环稳定性的有效途径
。
例如，双氟磺酰亚胺钾
(KFSI)
溶质与碳酸乙酯溶剂
(EMC
，摩尔比1：
2.5)
构建的高浓度电解质用于石墨负极，在首圈放电过程中能够生成稳定耐用，富含无机成分的
SEI
膜，能够有效缓解电极的体积效应，保证了优异的循环稳定性
。
然而，石墨碳纳米结构设计往往需要复杂的制备过程，高浓度电解质配置会增加电池成本，这些客观问题依然限制着石墨碳负极的推广应用
。
因此，需要开发一种制备简便
、
比容量高和循环稳定性好的钠<br/>/
钾离子电池石墨碳负极材料
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种钠
/
钾离子电池负极材料及其制备方法，制备方法简单易操作，制得的负极材料比容量高
、
长循环稳定性好
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0006]本专利技术提供的钠
/
钾离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1、
称取锌盐和表面活性剂溶于水配置混合溶液，称取钴氰化盐溶于水配置钴氰化盐溶液；
[0008]S2、
在冰浴条件下将钴氰化盐溶液加入混合溶液，搅拌后静置，对沉淀物进行收集并冷冻干燥；
[0009]S3、
对沉淀物进行研磨处理，并在惰性气体条件下进行碳化反应；
[0010]S4、
对碳化产物进行洗涤
、
真空干燥，制得钠
/
钾离子电池负极材料
。
[0011]优选地，步骤
S1
中，锌盐选用硝酸锌
、
硫酸锌
、
氯化锌
、
乙酸锌中的至少一种，表面活性剂选用聚乙烯吡咯烷酮
、
普朗尼克
F127/F68/P123/P68/P105
中的至少一种，钴氰化盐选用钴氰化钾
、
钴氰化钠中的至少一种
。
[0012]优选地，混合溶液中锌离子溶液浓度为
0.03
～
0.3mol/L
，钴氰化盐溶液浓度为
0.02
～
0.2mol/L
，锌离子溶液和钴氰化盐溶液的浓度比为3：2，表面活性剂的添加量为混合溶液和钴氰化盐溶液的总质量的
3wt
％～
5wt
％
。
[0013]优选地，步骤
S2
中，搅拌的时间为1～
6h
，静置和冷冻干燥的时间为
12
～
24h。
[0014]优选地，步骤
S3
中，惰性气体选用氮气
、
氩气或氢氩混合气中的至少一种，碳化反应的升温速率为1～
5℃/min
，反应温度为
800
～
1000℃
，反应时间为2～
5h。
[0015]优选地，步骤
S4
中，采用稀酸溶液
、
去离子水以及乙醇对碳化产物进行洗涤，稀酸溶液选用稀盐酸
、
稀硫酸
、
稀硝酸中的至少一种，真空干燥的条件为
80
～
100℃
下真空干燥6～
12h。
[0016]本专利技术提供的钠
/
钾离子电池负极材料，由上述制备方法制备得到
。
[0017]优选地，钴纳米颗粒的质量分数为
10wt
％～
30wt
％，氮原子掺杂量为
5wt
％～
10wt
％
。
[0018]优选地，钠
/
钾离子电池负极材料的颗粒直径为
0.5
～2μ
m
，
BET
比表面积为
100
～
200m2/g。
[0019]本专利技术能够取得如下技术效果：
[0020]本专利技术提供的负极材料制备过程中钴氰化锌前驱体中的
CN
‑
基团转变为氮掺杂碳，钴离子转化为细小的钴金属颗粒，同时原位催化氮掺杂碳的石墨化程度和核壳结构的生成；制得的负极材料中钴纳米颗粒通过
Co
‑
N
键的强化学作用均匀分散并紧密包裹在氮掺杂石墨碳中，构筑了核壳结构
。
弥散分布的钴纳米颗粒能够调控复合材料的电荷分布，提高电子导电性和电化学反应活性，从而促进电荷转移和钠
/
钾离子吸附行为
。
上述多重效应增强了钠
/
钾离子的扩散动力学和电容吸附行为，赋予了复合材料优异的储钠
/
储钾性能
。
本专利技术的制备方法工艺简单
、
宏量可控
、
成本低廉
、
环境友好，制得的负极材料可用于制作具有高比容量
、
优异倍率性能和长循环稳定性能的钠
/
钾离子电池
。
附图说明
[0021]图1是根据本专利技术实施例1制得的负极材料的
X
射线衍射图谱
。
[0022]图2是根据本专利技术实施例1制得的负极材料的氮元素
X
射线光电子能谱分析图
。
[0023]图3是根据本专利技术实施例1制得的负极材料的扫描电镜图
。
[0024]图4是根据本专利技术实施例1制得的负极材料组装的钾离子电池循环性能图
。
具体实施方式
[0025]在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例
。
在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示
。
在相同的附图标记的情况下，它们本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠
/
钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
称取锌盐和表面活性剂溶于水配置混合溶液，称取钴氰化盐溶于水配置钴氰化盐溶液；
S2、
在冰浴条件下将所述钴氰化盐溶液加入所述混合溶液，搅拌后静置，对沉淀物进行收集并冷冻干燥；
S3、
对所述沉淀物进行研磨处理，并在惰性气体条件下进行碳化反应；
S4、
对碳化产物进行洗涤
、
真空干燥，制得钠
/
钾离子电池负极材料
。2.
根据权利要求1所述的钠
/
钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述锌盐选用硝酸锌
、
硫酸锌
、
氯化锌
、
乙酸锌中的至少一种，所述表面活性剂选用聚乙烯吡咯烷酮
、
普朗尼克
F127/F68/P123/P68/P105
中的至少一种，所述钴氰化盐选用钴氰化钾
、
钴氰化钠中的至少一种
。3.
根据权利要求2所述的钠
/
钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中锌离子溶液浓度为
0.03
～
0.3mol/L
，所述钴氰化盐溶液浓度为
0.02
～
0.2mol/L
，所述锌离子溶液和所述钴氰化盐溶液的浓度比为3：2，所述表面活性剂的添加量为所述混合溶液和所述钴氰化盐溶液的总质量的
3wt
％～
5wt
％
。4.
根据权利要求1所述的钠
/
钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤
S2
中，所述搅拌的时间为1～
6h
，所述静置和所述冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：田新龙，史晓东，武晓，王兴波，厉克，戚安源，周传聪，
申请(专利权)人：国家能源集团乐东发电有限公司，
类型：发明
国别省市：