[發明專利]一種鈉離子電池負極用碳酸亞鐵/石墨烯復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201710653220.8
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107317019B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 顧鑫;趙學波;閆春柳;代鵬程;李良軍;劉丹丹
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 韓獻龍

本發明提供一種鈉離子電池負極用碳酸亞鐵/石墨烯復合材料及其制備方法與應用。本發明采用水熱方法，以氧化石墨烯、二價鐵鹽、還原劑和水溶性碳酸鹽或尿素為原料，制備得到碳酸亞鐵/石墨烯復合材料。該復合材料尺寸均一，應用于鈉離子負極，其電化學性能較好，并具有優異的倍率性能及循環穩定性。另外，本發明制備方法的可操作性強，重現性好，且所得產品質量穩定。

技術領域

本發明涉及一種鈉離子電池負極用碳酸亞鐵/石墨烯復合材料及其制備方法與應用，屬于電化學技術領域。

背景技術

與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有鈉資源儲量豐富、原材料價格低廉的優勢，在大規模儲能領域具有較大的應用前景。鈉離子電池負極材料，作為電池的重要組成部分之一，對其性能有著重要的影響。目前，插層機制的儲鈉負極材料由于其較高的循環穩定性受到較多關注，主要包括硬碳、Na₂Ti₃O₇和Li₄Ti₅O₁₂等。在這些儲鈉負極材料中，Na₂Ti₃O₇和Li₄Ti₅O₁₂的比容量通常小于200mAh g^-1，難以滿足大容量儲能電池的要求。硬碳的儲鈉容量雖然可以達到300mAh g^-1，但是其倍率性能較差，并且其大部分的容量是在放電電壓低于0.1V(vs.Na/Na⁺)的區域內實現的，該電位非常接近金屬鈉的析出電位，可能導致電極表面形成鈉枝晶，帶來嚴峻的安全隱患。因此，尋找具有高比容量、較好的倍率性能和循環穩定性及高安全性的新型鈉電負極材料具有重要意義。

目前，現有技術中已有報道通過制備石墨烯復合材料，并將其應用于鈉離子電池負極材料，從而提高鈉離子電池的比容量、倍率性能以及循環性能。如中國專利文獻CN105609745A公開了一種硒化鎳/石墨烯鈉離子電池復合負極材料及其制備方法與應用；該復合材料由納米級硒化鎳和石墨烯復合而成，制備方法為：制備有分散石墨烯的鎳源，將其與硒源混合進行水熱反應后，過濾洗滌、真空干燥后即得；該方法成本低廉，適合鈉離子電池實際應用，能夠實現工業化規模生產，但該復合材料應用于鈉離子電池負極時比容量欠佳。又如中國專利文獻CN105336940A公開了一種鈦酸鈉納米線/石墨烯復合負極材料及其制備方法；制備方法包括如下步驟：將氧化石墨溶于有機溶劑中，加入鈦源，混合處理后，進行第一次溶劑熱反應，得到二氧化鈦/石墨烯復合物；加入NaOH水溶液，進行第二次溶劑熱反應，得到鈦酸鈉納米線/石墨烯粗產物；經洗滌、干燥處理，得到鈦酸鈉納米線/石墨烯復合負極材料；該發明制備方法繁瑣，所制備的復合材料應用于鈉離子電池負極時在大電流密度下的比容量欠佳。

碳酸亞鐵是目前研究較多的轉化機制鋰離子電池負極材料，該材料具有較高的鋰離子電池理論容量(463mAh g^-1,基于轉化反應)，適宜的放電電壓(～0.85V)，以及豐富的自然儲量、易制備、環境污染小等優點。然而，目前還未見關于碳酸亞鐵作為鈉離子電池負極材料的報道。但是，碳酸亞鐵作為鈉離子電池負極材料可能存在循環過程中體積變化大導致結構不穩定以及導電率低的缺點。

因此，為了解決上述問題，提出本發明。

發明內容

為了彌補現有鈉離子電池負極材料的不足，本發明提供一種鈉離子電池負極用碳酸亞鐵/石墨烯復合材料及其制備方法。該復合材料的制備方法簡單，可操作性強，重現性好，且所得產品質量穩定。

本發明還提供一種碳酸亞鐵/石墨烯復合材料的應用，該復合材料應用于鈉離子電池負極材料能有效地提高大電流充放電倍率及循環性能。

本發明的技術方案如下：

一種鈉離子電池負極用碳酸亞鐵/石墨烯復合材料，所述復合材料為碳酸亞鐵和石墨烯的復合粉體材料，所述復合粉體材料中碳酸亞鐵的質量含量為60～95％。