[發明專利]一種儲能材料及其應用

有效

• 申請號: 201911297573.4
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111129453B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 孫偉;江鋒;張麗敏;葛鵬;常興華;周嘉輝;趙文青;楊越
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01G11/30;C01G49/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發明屬于儲能材料開發技術領域，具體設計涉及一種黃銅礦基高性儲能材料及其應用。本發明以細粒級黃銅礦懸浮液或配置的細粒級黃銅礦懸浮液為原料。往懸浮液中加入高分子有機絮凝劑對細粒級黃銅礦進行沉降，并烘干，獲得絮凝劑包覆黃銅礦的固體顆粒。最后在還原氣氛中高溫焙燒，即獲得黃銅礦基高性能儲能材料。本發明經優化后所設計和制備的高性能儲能材料綜合了碳質材料與黃銅礦的優勢，具有高比容量、高倍率、無體積效應、穩定性好、循環壽命長的特點，適合應用于鋰離子電池和鋰離子超級電容器或鈉離子電池和鈉離子超級電容器中作為負極儲鋰或儲鈉材料。同時，本發明的儲能材料的制備方法簡單高效，工序少，產率高，適合大規模工業化生產。

技術領域

本發明屬于儲能材料開發技術領域，具體設計涉及一種黃銅礦基高性儲能材料及其應用。

背景技術

天然黃銅礦作為自然界中儲量最大的含銅硫化物，是二次電池電極材料理想的替代者，具有比容量高、資源儲量大、制備成本低等優點。同時其固有的雙過渡金屬特性可進一步提高電化學性能。但目前直接利用過渡金屬硫化物作為負極材料往往導致循環性能差，原因是硫化物在充放電過程中會產生嚴重的體積膨脹效應以及多硫化物的穿梭效應。

目前已有研究人員將天然黃銅礦直接作為二次電池電極材料使用，但其效果不是很理想。主要原因有兩點，首先黃銅礦在充放電過程中會發生轉換反應，反應過程中生成的鐵、銅團聚，產生體積膨脹，影響循環壽命；其次是反應過程中產生的多硫化物會溶于有機電解液中，導致活性物質的不斷流失，導致容量下降。

因此，開發一種高容量、循環性能佳、制備方法簡單的黃銅礦基電池材料具有重要的意義。

發明內容

為了提高儲能設備的比容量、穩定性以及降低其生產成本，本發明提供了一種黃銅礦基高性能儲能材料及其應用。

本發明一種儲能材料，所述儲能材料由包括下述步驟的方案制備：

步驟1：

以細粒級黃銅礦懸浮液為原料；或

以細粒級黃銅礦顆粒為原料A；將原料A加入到液體中，得到細粒級黃銅礦懸浮液，即得到原料；

往原料加入絮凝劑，攪拌后靜置沉降，沉降產品烘干得到黃銅礦與絮凝劑的復合物；所述絮凝劑中含有物質B；所述物質B中含有碳碳雙鍵、碳碳單鍵、碳氮單鍵、碳氮雙鍵中的至少一種官能團；

步驟2

將步驟1所得的黃銅礦與絮凝劑的復合物進行焙燒，得到所述儲能材料。

本發明一種儲能材料，所述原料中，細粒級黃銅礦與液體的質量比為1:1-1:50；優選為1:4-1:29、進一步優選為1:9-1:19；所述原料中；液體包括水。

本發明一種儲能材料，所述原料中；細粒級黃銅礦的粒徑為1-10微米、優選為1-5微米、進一步優選為1-3微米。

本發明一種儲能材料，所述原料由包含下述步驟的方案制備：

步驟一：將天然黃銅礦精粉與液體按比例混合，得到混合物；對混合物進行機械研磨獲得黃銅礦懸浮液；

步驟二：將步驟一所得的黃銅礦懸浮液進行低速離心，得到上層細粒級黃銅礦懸浮液。

本發明一種儲能材料，步驟一中，所述天然黃銅礦精粉中，CuFeS2的質量百分含量大于等于90％、優選為大于等于95％。

本發明一種儲能材料，步驟一中，所述天然黃銅礦精粉的粒徑為20μm-100μm、優選為30μm-80μm。

本發明一種儲能材料，步驟一中，天然黃銅礦精粉占混合物重質量的 5％-50％、優選為10％-20％。