[發明專利]一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池

在審

• 申請號: 201710349485.9
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107154486A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 趙金保;李赫;蔣嘉麗;王昀暉
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應森

1.一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池，其特征在于包括電池正極、電池負極、含鈉電解質、分隔正極和負極的隔膜；所述電池負極材料為含銅多元金屬硫化物，包括CuCo₂S₄及CuFeS₂，電池正極材料為嵌鈉化合物，含鈉電解質作為電池的電解質，隔膜分隔所述正負極以防止正負極直接接觸短路。

2.如權利要求1所述一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池，其特征在于所述含銅多元金屬硫化物的制備方法為：

1)CuCo₂S₄粉末的制備：將硝酸銅、硝酸鈷和硫脲在磁力攪拌條件下溶于去離子水中，攪拌混合，加入乙二胺，將溶液轉移至水熱釜中，反應后，冷卻至室溫，抽濾，用去離子水和無水乙醇清洗，干燥后即得CuCo₂S₄粉末；

2)CuFeS₂的制備：將硫酸銅、硫酸亞鐵、硫代硫酸鈉和S粉溶解分散于去離子水中，攪拌分散，將溶液轉移至水熱釜中，反應后，冷卻至室溫，抽濾，用去離子水和無水乙醇清洗，干燥后即得CuFeS₂粉末。

3.如權利要求2所述一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池，其特征在于在步驟1)中，所述硝酸銅、硝酸鈷、硫脲、去離子水和乙二胺的配比為2mmol︰4mmol︰10mmol︰100mL︰1mL，其中硝酸銅、硝酸鈷、硫脲按摩爾計算，去離子水按體積計算；所述反正是在150℃下反應24h；所述干燥是在50～80℃真空干燥箱干燥6～12h。

4.如權利要求2所述一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池，其特征在于在步驟2)中，所述硝酸銅、硫酸亞鐵、硫代硫酸鈉、S粉和去離子水的配比為10mmol︰20mmol︰20mmol︰5mmol︰50mL，其中硝酸銅、硫酸亞鐵、硫代硫酸鈉、S粉按摩爾計算，去離子水按體積計算；所述反應是在210℃下反應24h；所述干燥是在50～80℃真空干燥箱干燥6～12h。

5.如權利要求1所述一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池，其特征在于所述含銅多元金屬硫化物與導電劑、粘結劑混合，制成漿料，再涂覆于集流體上，經過電化學循環活化后得到負極電極。

6.如權利要求5所述一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池，其特征在于所述導電劑可選自碳材料，所述碳材料選自碳黑導電劑、石墨導電劑、Super-P、科琴黑、碳納米管、碳納米棒、石墨烯中的至少一種；所述粘結劑選自聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯、羥甲基纖維素鈉、聚烯烴類、丁腈橡膠、丁苯橡膠、聚丙烯腈聚合物中的至少一種。

7.如權利要求1所述一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池，其特征在于所述電池正極材料為嵌鈉化合物，所述嵌鈉化合物選自鈷酸鈉、鎳酸鈉、鎳錳酸鈉、鎳鈷錳酸鈉、鎳鈷鋁酸鈉、磷酸鈉、磷酸亞鐵鈉、磷酸錳鈉、磷酸釩鈉、鐵酸鈉中的至少一種；將正極材料與導電劑、粘結劑混合，制成漿料，再涂覆于集流體上，經過電化學循環活化后得到正極電極。

8.如權利要求1所述一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池，其特征在于所述含鈉電解質包括液體電解質和固體電解質。

9.如權利要求8所述一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池，其特征在于所述液體電解質為基于質子型有機溶劑和離子液體的電解質，所述基于質子型有機溶劑的電解質選自醚電解液和碳酸酯電解液：醚電解液的溶劑選自1,3-二氧戊環、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚和三乙二醇二甲醚中的至少一種，溶質選自六氟磷酸鈉、高氯酸鈉和二(三氟甲基磺酰)亞胺鈉中的至少一種；碳酸酯電解液的溶劑選自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少一種，溶質選自六氟磷酸鈉、高氯酸鈉和二(三氟甲基磺酰)亞胺鈉中的至少一種；離子液體電解質的陽離子包括但不限于季銨鹽離子、季鏻鹽離子、咪唑鹽離子和吡咯鹽離子，陰離子包括鹵素離子、四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子和二(三氟甲基磺酰)亞胺根離子。

10.如權利要求8所述一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池，其特征在于所述固體電解質包括無機固態電解質和聚合物電解質，所述無機固態電解質選自至少一種固態陶瓷電解質；所述聚合物電解質包括以聚環氧乙烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯，聚偏二氟乙烯、聚乙二醇二甲醚、偏二氟乙烯與六氟丙烯的共聚物為基的鈉鹽聚合物電解質及其接枝、交聯或共混產物；

所述分隔正極和負極的隔膜材料包括：聚烯烴類如聚乙烯和聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰亞胺、玻璃纖維濾紙和陶瓷材料及其復合結構。