硫酸铁钠/碳复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及钠离子电池，尤其是涉及一种硫酸铁钠/碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、硫酸铁钠正极材料是一种新型的电池正极材料，具有高能量密度、长寿命、环保等优点。它以fe2+/fe3+为氧化还原电对，并依赖于高电负性[so4]2-阴离子以及独特的边缘共享fe2o10二聚体几何形状，展现出较高的电压平台(3.8v)，这使得使用这种材料的电池具有更高的能量密度和更长的续航里程。

2、此外，硫酸铁钠正极材料本身不含有重金属元素，且其制备过程中没有有害物质的产生，因此不会对环境造成污染。同时，硫酸铁钠正极材料的原料便宜易得，制备工艺也相对简单，有利于大规模生产和使用。

3、然而，铁基硫酸盐体系的低电导率和低稳定性都会严重制约其容量的发挥。因此现有技术主要通过加入高导电无机碳(碳纳米管、石墨烯等)来提高其电导率和稳定性。但目前液相法受限于高导电无机碳的高疏水性和亚铁溶液的不稳定性，仅采用液相法制备出纯度较高的硫酸铁钠材料具有一定难度。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种硫酸铁钠/碳复合材料的制备方法，以解决上述技术问题中的至少一种。

2、本发明的目的之二在于提供一种硫酸铁钠/碳复合材料。

3、本发明的目的之三在于提供一种硫酸铁钠/碳复合材料的应用。

4、为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：

5、本发明的第一方面提供了一种硫酸铁钠/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

6、a、在高导电无机碳中加入强酸的混合溶液进行酸化处理，然后洗涤干燥得到改性后的高导电无机碳；

7、b、将所述改性后的高导电无机碳和水加入砂磨机中分散均匀，得到浆料；继续在浆料中加入七水合硫酸亚铁和硫酸钠混合均匀得到前驱体溶液；

8、c、将所述前驱体溶液进行喷雾干燥得到前驱体粉末，对所述前驱体粉末进行烧结得到所述硫酸铁钠/碳复合材料。

9、进一步地，所述高导电无机碳包括无定型碳、super p、碳纳米管、vgcf、石墨烯、科琴黑、乙炔黑、c65导电炭黑、导电石墨和ks6导电炭黑中的至少一种。

10、进一步地，步骤a中，所述强酸的混合溶液为浓硫酸和浓硝酸的混合溶液。

11、所述混合溶液中，浓硫酸和浓硝酸的体积比为1～5:1。

12、进一步地，步骤a中，所述酸化处理的温度为70℃～90℃，时间为4h～8h。

13、步骤a中，使用去离子水洗涤至中性然后进行所述干燥。

14、所述干燥的温度为70℃～90℃，时间为12h～36h。

15、进一步地，步骤a中，所述高导电无机碳与强酸的混合溶液的固液比为1g：100ml～500ml。

16、进一步地，步骤b中，所述改性后的高导电无机碳和水的固液比为1g：100ml～500ml。

17、步骤b中，所述砂磨机的转速为1000rpm～5000rpm，分散的时间为0.5h～3h。

18、进一步地，步骤b中，硫酸钠与七水合硫酸亚铁的摩尔比为1:(1～2)；

19、所述改性后的高导电无机碳的用量为硫酸钠与七水合硫酸亚铁总质量的1～5％。进一步地，步骤c中，所述喷雾干燥的进口温度为160℃～180℃，出口温度为90℃～120℃。

20、步骤c中，所述烧结的温度为300℃～400℃，时间为18h～36h。

21、步骤c中，所述烧结的升温速率为1℃/min～5℃/min。

22、本发明第二方面提供了一种硫酸铁钠/碳复合材料，采用第一方面所述的制备方法制备得到。

23、本发明第三方面提供了所述的硫酸铁钠/碳复合材料在钠离子电池正极材料中的应用。

24、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

25、本发明提供的制备方法，通过酸化处理在高导电无机碳表面引入水溶性官能团，利用水溶性官能团的亲水性提高高导电无机碳的分散能力，本发明同时引入机械分散法，提供机械能打散团聚体，进一步提高导电无机碳水溶液的分散性。同时水溶性官能团具备络合能力，与亚铁离子形成稳定的络合物，一次性解决液相法制备硫酸铁钠材料所存在的问题。该制备方法工艺简单、机械化程度高、批次处理量大，适合大规模工业化生产。

26、本发明提供的硫酸铁钠/碳复合材料，使用高导电无机碳提高了硫酸铁钠的导电性能，且液相法使该高导电无机碳在硫酸铁钠的表面均匀分散，制备得到的复合材料颗粒更均匀，具有更高的电化学性能。

27、本发明提供的复合材料的应用，鉴于上述复合材料所具有的优势，使得其作为钠离子电池正极材料具有更好的导电性、稳定性和倍率性能，拓展了钠离子电池的应用场景，促进了下游产业的发展。

技术特征：

1.一种硫酸铁钠/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高导电无机碳包括无定型碳、super p、碳纳米管、vgcf、石墨烯、科琴黑、乙炔黑、c65导电炭黑、导电石墨和ks6导电炭黑中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述强酸的混合溶液为浓硫酸和浓硝酸的混合溶液；

4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述酸化处理的温度为70℃～90℃，时间为4h～8h；

5.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述高导电无机碳与强酸的混合溶液的固液比为1g：100ml～500ml。

6.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述改性后的高导电无机碳和水的固液比为1g：100ml～500ml；

7.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，硫酸钠与七水合硫酸亚铁的摩尔比为1:(1～2)；

8.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述喷雾干燥的进口温度为160℃～180℃，出口温度为90℃～120℃；

9.一种硫酸铁钠/碳复合材料，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到。

10.一种权利要求9所述的硫酸铁钠/碳复合材料在钠离子电池正极材料中的应用。

技术总结
本发明提供了一种硫酸铁钠/碳复合材料及其制备方法和应用，具体涉及钠离子电池技术领域。该复合材料的制备方法包括：A、在高导电无机碳中加入强酸的混合溶液酸化处理，洗涤干燥得到改性后的高导电无机碳；B、将改性后的高导电无机碳和水分散均匀，得到浆料；在浆料中加入硫酸亚铁和硫酸钠混合得到前驱体溶液；C、将前驱体溶液喷雾干燥得到前驱体粉末，对前驱体粉末烧结得到硫酸铁钠/碳复合材料。本发明提供的制备方法，通过酸化处理在高导电无机碳表面引入水溶性官能团，利用水溶性官能团的亲水性提高高导电无机碳的分散能力，同时水溶性官能团具备络合能力，与亚铁离子形成稳定的络合物，一次性解决液相法制备硫酸铁钠材料所存在的问题。

技术研发人员：梁若暄,彭俊棋,王广进,林博,杨锐,莫治波,邹建,徐绍霞
受保护的技术使用者：四川易纳能新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31