【技术实现步骤摘要】
本申请涉及钠硫电池领域，更具体地说，它涉及一种铁纳米颗粒修饰的正极材料剂其制备方法，及钠硫电池。
技术介绍
1、室温钠硫电池是一种特性优良的二次电池，正负极材料为硫和钠元素,具有成本低、资源丰富、能量密度高、充放电效率高、使用寿命长等一系列优点，因此室温钠硫电池被认为是一种极具潜力的可充电电池。然而，单质硫作为正极材料，在充放电过程中，单质硫高达约200%的体积变化和较低的电子电导率、多硫化钠的穿梭以及缓慢的反应动力学导致钠硫电池在实际应用中面临比容量低和循环性能差的问题，制约了钠硫电池的进一步发展，需要进一步的探索来克服这些挑战。
2、目前，常用碳材料作为电极基底材料以提高电极材料的导电性和保证单质硫的负载，但仅能实现物理限域作用，难以有效抑制多硫化物的穿梭。因此，探索高效的钠硫电池催化剂至关重要。过渡金属催化剂材料（包括基于铁、钴、镍、钼、钛、烦、锰等材料），它们都是极性材料，在充放电过程中能够对多硫化物产生强烈的吸附作用。此外，在充放电过程中，这些催化剂还能够和多硫化物通过化学键连接，提升电子的传输速率，加速多硫化物的氧化还原转换，最终提升了室温钠硫电池的电化学性能。
3、因此，设计并制备一种能够有效复合硫单质的且富含高效过渡金属催化剂的分级多孔碳骨架，提高电极材料的电子电导率，并且缓冲体积效应，对于开发高性能、高稳定性的室温钠硫电池具有重要实际意义。
技术实现思路
1、为了提高钠硫电池的电化学性能，获得具有高比容量、高稳定性的钠硫电池正极材料，本申请
2、第一方面，本申请提供一种铁纳米颗粒修饰的正极材料，采用如下的技术方案：
3、一种铁纳米颗粒修饰的正极材料，包括铁纳米颗粒修饰的多孔碳微米球，以及分散于所述多孔碳微米球中的单质硫；
4、所述多孔碳微米球包括以下各组分：糊精、三聚氰胺、氯化钠、水和硝酸铁；
5、所述糊精、三聚氰胺、氯化钠、水和硝酸铁(mol)的质量摩尔比为：(4-6)g:(0.3-0.6)g:(3-5)g:(150-250)g:((0.2×10-3)-(1×10-3))mol。
6、通过采用上述技术方案，以糊精为碳源，以三聚氰胺为碳源和氮源，碳化后能够使碳微米球基体具有较佳的电导率和结构稳定性，三聚氰胺对碳微米球基体实现了杂原子n掺杂，有利于提高碳微米球基体的导电活性，提高电池正极材料的电导率，并有利于促进碳微米球基体对单质硫的吸附；以氯化钠为硬模板造孔剂，使碳微米球基体具有三维多孔结构，缓解单质硫在充放电过程中的体积变化效应；以硝酸铁为铁源，使碳微米球上修饰有铁纳米颗粒，铁纳米颗粒能够捕获电化学过程中产生的可溶性多硫化物，对多硫化物具有较强的吸附和催化转化作用，能够有效抑制多硫化物的穿梭效应并提高反应动力学，促进电池正极材料的比容量和长循环稳定性的提升。
7、优选的，所述糊精、三聚氰胺、氯化钠、水和硝酸铁(mol)的质量摩尔比为：(4-6)g:(0.3-0.6)g:(3-5)g:(150-250)g:((0.4×10-3)-(0.6×10-3))mol。
8、通过采用上述技术方案，通过对多孔碳微米球原料用量的优化，能够使多孔碳微米球具有更佳的导电活性、对多硫化物具有更佳的吸附和催化转化效果，使电池正极材料具有更佳的电化学性能，进一步提高电池正极材料的比容量和循环稳定性；通过限制硝酸铁的用量范围使电池正极材料具有更佳的电化学性能，减少硝酸铁用量过少带来的电化学性能不足的可能性，同时减少硝酸铁用量过多导致的电化学性能降低的可能性。
9、优选的，所述糊精、三聚氰胺、氯化钠和硝酸铁(mol)的质量摩尔比为：5g:0.5g:4g:(0.6×10-3)mol。
10、通过采用上述技术方案，进一步优化电池正极材料的电化学性能，使电池正极材料具有更高的比容量和更优的循环稳定性。
11、优选的，所述多孔碳微米球的颗粒尺寸为10-30µm。
12、优选的，所述多孔碳微米球的制备步骤包括：
13、将糊精、三聚氰胺、氯化钠、硝酸铁、水按配比混合制成悬浊液，经喷雾干燥、在含氢混合气氛中碳化、水洗得到负载有铁纳米颗粒的大孔碳材料；所述含氢混合气氛以体积百分数计包括3-8%氢气，其余为惰性气体；
14、对所述大孔碳材料进行化学蚀刻，得到具有铁纳米颗粒修饰的多孔碳微米球。
15、通过采用上述技术方案，糊精具有一定的粘结性能，能够将各组分粘结在一起，糊精与三聚氰胺碳化后形成碳微米球基体；三价铁与氢气在高温条件下反应生成分散在碳微米球中的铁单质，促进碳微米球对单质硫的吸附；氯化钠晶体作为硬模板分散在碳微米球中，水洗后氯化钠溶解，使碳微米球具有丰富的三维孔洞结构；再通过化学蚀刻在碳微米球的多孔结构上蚀刻出更丰富的微孔，以形成分级多孔结构，有利于碳微米球对单质硫的吸附和负载。
16、优选的，所述单质硫与所述多孔碳微米球的结合步骤包括：
17、将所述多孔碳微米球与单质硫按质量比1:(0.5-1.2)混合均匀后，在惰性气氛中，于150-180℃保温10-15h。
18、通过采用上述技术方案，利用毛细作用使熔融的单质硫均匀渗入具有分级多孔结构的碳微米球中，形成硫-碳复合正极材料。
19、第二方面，本申请提供一种铁纳米颗粒修饰的正极材料的制备方法，采用如下的技术方案：
20、一种铁纳米颗粒修饰的正极材料的制备方法，包括以下步骤：
21、按配比，将糊精、硝酸铁、三聚氰胺、氯化钠分散于水中，搅拌均匀后得到悬浊液，喷雾干燥造粒，得到前驱颗粒；
22、在含氢混合气氛中，将所述前驱颗粒碳化，在水洗、真空抽滤，得到大孔碳材料；
23、对所述大孔碳材料进行化学蚀刻，得到具有分级多孔结构的多孔碳微米球；
24、将所述多孔碳微米球与单质硫混合，在惰性气氛中加热使单质硫熔融，保温处理，得到铁纳米颗粒修饰的正极材料。
25、通过采用上述技术方案，通过喷雾干燥方式制备前驱颗粒，能够保证各原料的均匀分布，使前驱颗粒具有微米级的粒径，有利于提高颗粒的振实密度并提高碳微米球的结构稳定性；碳化后原料中含有的杂质被去除，内部结构得到改善，结构稳定性和导电性得到提升，硝酸铁与氢气高温反应形成的铁纳米颗粒负载于碳微米球上，有利于促进碳微米球对单质硫的吸附；通过水洗去除氯化钠硬模板，使碳微米球具有三维孔洞结构；在通过化学蚀刻使碳微米球具有丰富的分级多孔结构，有利于单质硫的吸附和负载；最后通过毛细作用将熔融的单质硫吸附、负载到碳微米球上，形成硫-碳复合正极材料。
26、优选的，所述碳化步骤具体包括：
27、将所述前驱颗粒置于含氢混合气氛中，所述含氢混合气氛以体积百分比计包括3-8%氢气，其余为惰性气体，于450-550℃下碳化2h。
28、通过采用上述技术方案，改变碳材料的内本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铁纳米颗粒修饰的正极材料，其特征在于，包括铁纳米颗粒修饰的多孔碳微米球，以及分散于所述多孔碳微米球中的单质硫；
2.根据权利要求1所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料，其特征在于，所述糊精、三聚氰胺、氯化钠、水和硝酸铁(mol)的质量摩尔比为：(4-6)g:(0.3-0.6)g:(3-5)g:(150-250)g:((0.4×10-3)-(0.6×10-3))mol。
3.根据权利要求1所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料，其特征在于，所述多孔碳微米球的制备步骤包括：
4.根据权利要求3所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料，其特征在于，将所述单质硫分散于所述多孔碳微米球中的方法包括：
5.一种如权利要求1-4任一项所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳化步骤具体包括：
7.根据权利要求5所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料的制备方法，其特征在于，所述化学蚀刻步骤具体包括：
8.根据权利要求5所述的铁纳米颗
9.根据权利要求8所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料的制备方法，其特征在于，将所述单质硫分散于所述多孔碳微米球中的方法具体包括：
10.一种钠硫电池，其特征在于，应用有如权利要求1-4任一项所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料，或，应用有由如权利要求5-9任一项所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料的制备方法制得的电池正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种铁纳米颗粒修饰的正极材料，其特征在于，包括铁纳米颗粒修饰的多孔碳微米球，以及分散于所述多孔碳微米球中的单质硫；
2.根据权利要求1所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料，其特征在于，所述糊精、三聚氰胺、氯化钠、水和硝酸铁(mol)的质量摩尔比为：(4-6)g:(0.3-0.6)g:(3-5)g:(150-250)g:((0.4×10-3)-(0.6×10-3))mol。
3.根据权利要求1所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料，其特征在于，所述多孔碳微米球的制备步骤包括：
4.根据权利要求3所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料，其特征在于，将所述单质硫分散于所述多孔碳微米球中的方法包括：
5.一种如权利要求1-4任一项所述的铁纳米颗粒修饰的正极材料的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张微中，王婷，柳扬，
申请(专利权)人：大秦数字能源技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。