一种铁镍电池负极材料的制备方法

本发明涉及电池负极材料生产，尤其涉及一种铁镍电池负极材料的制备方法。

背景技术：

1、不可再生能源的长期开发引起的能源问题，近些年凸显了对可再生能源、电动汽车和便携式电子产品的广泛关注，推动了人们对于储能技术的要求。尽管锂离子电池和铅蓄电池已实现商品化生产，但是仍面临着无法较好的平衡高性能、环保性差和成本高等挑战。而镍基可充电电池具有电导率高、效率高、安全性高、成本低等优点，因此广受关注。作为一种传统的水系可充电电池，镍铁电池已在诸多能源系统中应用长达一个多世纪。负极材料中的铁元素具有理论容量高、坚固可靠、生产工艺成熟、可回收以及对生态环境友好等优点。其理论容量高达960mah·g-1，且具有1000～5000次的高循环寿命。然而，目前铁镍电池在实际使用中存在铁负极的自放电问题、铁电极在充放电过程中的析氢和钝化问题以及铁电极的能量密度相对较低且利用率低等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种铁镍电池负极材料的制备方法，用于改善现有技术的铁镍电池存在倍率性能差、能量密度低、长期使用后容量衰减的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种铁镍电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

3、s1，将有机铁盐、造孔剂与水混合后进行加热处理，以得到具有多孔棒状结构的铁基杂化物；

4、s2，将铁基杂化物与还原气体混合后进行无氧还原热退火处理，以得到多价态铁基材料；

5、s3，将多价态铁基材料、超导炭黑和聚偏二氟乙烯混合，以得到复合铁基纳米材料浆料。

6、优选地，s1步骤中，加热处理过程中，加热温度为150～200℃，加热时间为4～8h。

7、优选地，s1步骤中，有机铁盐与造孔剂的质量比为15:1～25:1。

8、优选地，s1步骤中，有机铁盐为二水合草酸亚铁，造孔剂为碳酸氢钠。

9、优选地，在进行s1步骤之后且进行s2步骤之前还包括：用去离子水和乙醇对铁基杂化物交替洗净后，对铁基杂化物进行干燥处理。

10、优选地，干燥处理中，干燥温度为40～70℃，干燥时间为24～48h。

11、优选地，s2步骤中，在无氧还原热退火处理中，还原温度为500～800℃，还原时间为0.2～1h。

12、优选地，还原气体为氨气，多价态铁基材料为含碳层的铁氮化物杂化物。

13、优选地，还原气体为氢气，多价态铁基材料为含碳层的铁氧化物杂化物。

14、优选地，多价态铁基材料、超导炭黑和聚偏二氟乙烯的混合质量比为90∶6∶4。

15、本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种铁镍电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：首先，将有机铁盐、造孔剂与水混合后进行加热处理，以得到具有多孔棒状结构的铁基杂化物，其次，将铁基杂化物与还原气体混合后进行无氧还原热退火处理，以得到多价态铁基材料，最后，将多价态铁基材料、超导炭黑和聚偏二氟乙烯混合，以得到复合铁基纳米材料浆料；本发明首先通过造孔剂对有机铁盐进行孔隙的构造，得到的具有多孔棒状结构的铁基杂化物可以使得后续制备的铁镍电池负极材料在进行电化学测试的时候，与电解液的接触面积更大，能够提供更多的离子或电荷传输的通道以及更多的电化学反应的活性位点，使整体的电化学反应更加充分，同时铁基杂化物在进行高温还原之后，能够生成具有多种价态铁离子的纳米金属颗粒，能够显著的提升铁镍电池负极材料的利用率和反应过程中的导电率。

技术特征：

1.一种铁镍电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的铁镍电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述s1步骤中，所述加热处理过程中，加热温度为150～200℃，加热时间为4～8h。

3.根据权利要求1所述的铁镍电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述s1步骤中，所述有机铁盐与所述造孔剂的质量比为15:1～25:1。

4.根据权利要求1所述的铁镍电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述s1步骤中，所述有机铁盐为二水合草酸亚铁，所述造孔剂为碳酸氢钠。

5.根据权利要求1所述的铁镍电池负极材料的制备方法，其特征在于，在进行所述s1步骤之后且进行所述s2步骤之前还包括：用去离子水和乙醇对所述铁基杂化物交替洗净后，对所述铁基杂化物进行干燥处理。

6.根据权利要求5所述的铁镍电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述干燥处理中，干燥温度为40～70℃，干燥时间为24～48h。

7.根据权利要求1所述的铁镍电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述s2步骤中，在所述无氧还原热退火处理中，还原温度为500～800℃，还原时间为0.2～1h。

8.根据权利要求7所述的铁镍电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述还原气体为氨气，所述多价态铁基材料为含碳层的铁氮化物杂化物。

9.根据权利要求7所述的铁镍电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述还原气体为氢气，所述多价态铁基材料为含碳层的铁氧化物杂化物。

10.根据权利要求1所述的铁镍电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述多价态铁基材料、所述超导炭黑和所述聚偏二氟乙烯的混合质量比为90∶6∶4。

技术总结
本发明提供了一种铁镍电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：首先，将有机铁盐、造孔剂与水混合后进行加热处理，以得到具有多孔棒状结构的铁基杂化物，其次，将铁基杂化物与还原气体混合后进行无氧还原热退火处理，以得到多价态铁基材料，最后，将多价态铁基材料、超导炭黑和聚偏二氟乙烯混合，以得到复合铁基纳米材料浆料；本发明首先通过造孔剂对有机铁盐进行孔隙的构造，得到的具有多孔棒状结构的铁基杂化物可以使得后续制备的铁镍电池负极材料在进行电化学测试的时候，与电解液的接触面积更大，同时铁基杂化物在进行高温还原之后生成具有多种价态铁离子的纳米金属颗粒，能够显著的提升铁镍电池负极材料的利用率和反应过程中的导电率。

技术研发人员：张信义,黎先哲
受保护的技术使用者：湖北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/29