用黄钠铁矾制备多元掺杂钠离子电池电极材料的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种钢离子电池电极材料制备方法，特别设及一种利用炼锋厂排放的 废渣-黄钢铁孤来制备多元渗杂钢离子电极材料的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，高性能裡离子电池及其电极材料的研究是电化学、材料化学、物理学等领域 研究的热点，而同为元素周期表第I主族的钢离子和裡离子的性质有许多相似之处，钢离 子完全有可W和裡离子电池一样构造一种广泛使用的二次电池。并且钢离子电池与裡离子 电池相比，原材料成本比裡离子电池低，半电池电位巧。w。^/化=Eau+/Li+0. 3V)比裡离子电 池高，适合采用分解电压更低的电解液，因而安全性能更佳[贾旭平，陈梅.钢离子电池电 极材料研究进展[刀.中国电子科学研究院学报，2012,7(6);581-585]。
[0003] 目前，制备钢离子电极材料的原料主要为化工原料，成本较高，且为了提高电极 材料的性能，通常添加多种元素进行多元渗杂，如吴锋等人制备了 yNaFei/2Nii/2〇2-(l-y) NasMn化电极材料，性能优于单元材料，其中y为0. 1~0.5,50次循环后容量保持 率仅为88% [吴锋，谢渥，王晓明等.一种钢离子电池电极材料及其制备方法[P]. CN201210567797]。多元参杂进一步提高了制备成本
【发明内容】
[0004] 黄钢铁孤为湿法炼锋厂排放出的一种工业废渣，黄钢铁孤的化学式为 [NaFe3(S04)2(0H)e]，只能在抑为1. 5-2. 5时稳定，另外黄钢铁孤中含有少量的化、Cu、Cd等 重金属，属于危险废物的范畴，如不对其处理，将污染环境。
[0005] 本发明的目的是提供一种基于处理湿法冶炼中黄钢铁孤来制备高附加值钢离子 电池电极材料的方法，具有良好的节能减排环保效益。
[0006] 为达到W上目的，本发明是采取如下技术方案予W实现的：
[0007] 一种用黄钢铁孤制备多元渗杂钢离子电池电极材料的工艺，其特征在于，包括下 述步骤：
[000引 （1)在黄钢铁孤中加入硫酸溶液，揽拌直到黄钢铁孤溶解，将溶液在80°c蒸发干 燥后，将固体产物在200°c预烧6小时，得到含无水硫酸铁和硫酸钢的混合物；
[0009] 似在步骤（1)所得混合物中，加入无水硫酸钢和碳形成剂后，球磨混合12小时， 得到前驱体；其中，无水硫酸钢的加入量为为黄钢铁孤摩尔质量的200mol%;碳形成剂为庶 糖、淀粉、木质素纤维中的一种，加入量为黄钢铁孤摩尔质量的100-200mol% ;
[0010] 做将步骤似得到的前驱体在氮气保护下，于360-400°C锻烧20小时，得到电极 材料。
[0011] 上述工艺中，所述硫酸溶液加入量为硫酸溶液中硫酸的摩尔质量为黄钢铁孤摩尔 质量的300 %。所述硫酸溶液的质量浓度为40 %。
[0012] 本发明用硫酸将黄钢铁孤分解，得到硫酸铁和硫酸钢的混合溶液，硫酸铁为电极 材料提供了铁源，硫酸钢为电极材料提供部分钢源，黄钢铁孤中的其它重金属离子提供渗 杂相。碳形成剂在氮气保护气氛条件下锻烧时，变成碳包裹在电极材料周围，将提高电极材 料的导电性能，阻碍电极材料的晶粒生长，从而提高电极材料的性能。电极材料锻烧后，得 到主要物相为硫铁酸钢阳a2Fe2(S04) 3]和碳的复合电极材料。本发明相比现有技术，具有 成本低，工艺简单，电极材料性能好等特点。
【具体实施方式】
[0013] 本发明用锋湿法冶炼废渣-黄钢铁孤制备多元渗杂钢离子电池电极材料的工艺， 包括：
[0014] (1)在黄钢铁孤中加入硫酸溶液揽拌，直到黄钢铁孤溶解，将溶液在80°c蒸发干 燥后，将固体产物在200°C预烧6小时，得到含无水硫酸铁和硫酸钢的混合物；
[001引 似在该混合物中，加入无水硫酸钢和碳形成剂（配方见表1)后，在行星球磨机 (球罐和磨球为不诱钢）中混合12小时，得到前驱体；
[0016] 做将前驱体在氮气保护气氛下，于360-400°C锻烧20小时，得到电极材料。
[0017] 采用该电极材料为正极、钢为对电极组装成电池，对其进行循环充放电测试，循环 50次后的放电容量均大于150mAh/g，容量保持率均大于80% (见表2)。
[001引表1制备工艺的配方 [0019]
【主权项】
1. 一种用黄钢铁孤制备多元渗杂钢离子电池电极材料的工艺，其特征在于，包括下述 步骤： (1)在黄钢铁孤中加入硫酸溶液，揽拌直到黄钢铁孤溶解，将溶液在80°C蒸发干燥后， 将固体产物在200°C预烧6小时，得到含无水硫酸铁和硫酸钢的混合物；其中，所述黄钢铁 孤是炼锋厂排放的工业废渣； 似在步骤（1)所得混合物中，加入无水硫酸钢和碳形成剂后，球磨混合12小时，得到 前驱体；其中，无水硫酸钢的加入量为为黄钢铁孤摩尔质量的200mol% ;碳形成剂为庶糖、 淀粉、木质素纤维中的一种，加入量为黄钢铁孤摩尔质量的100-200mol% ; (3)将步骤（2)得到的前驱体在氮气保护下，于360-400°C锻烧20小时，得到电极材 料。
2. 如权利要求1所述的用黄钢铁孤制备多元渗杂钢离子电池电极材料的工艺，其特征 在于，所述硫酸溶液加入量为硫酸溶液中硫酸的摩尔质量为黄钢铁孤摩尔质量的300%。
3. 如权利要求2所述的用黄钢铁孤制备多元渗杂钢离子电池电极材料的工艺，其特征 在于，所述硫酸溶液的质量浓度为40 %。
【专利摘要】本发明公开了一种用黄钠铁矾制备多元掺杂钠离子电极材料的工艺，其特征在于，包括在黄钠铁矾中加入硫酸溶液，搅拌直到黄钠铁矾溶解后，将溶液蒸发并进行预烧，将得到的产物与无水硫酸钠和碳形成剂后混合均匀，再煅烧，得到钠离子电池的电极材料。本发明采用工业废渣，制备高附加值的电极材料，具有成本低，性能好，工艺简单等特点，具有较好的经济效益和环保效益。
【IPC分类】H01M4-525, H01M4-505
【公开号】CN104638260
【申请号】CN201510077008
【发明人】谭宏斌, 马小玲, 侯小强, 董洪峰, 郭从盛
【申请人】陕西理工学院
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月12日