CN114899383A - 一种低成本钠电池正极材料的制备方法 - Google Patents

一种低成本钠电池正极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114899383A
CN114899383A CN202210630960.0A CN202210630960A CN114899383A CN 114899383 A CN114899383 A CN 114899383A CN 202210630960 A CN202210630960 A CN 202210630960A CN 114899383 A CN114899383 A CN 114899383A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sodium
carbon
sodium sulfide
mxene
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210630960.0A
Other languages
English (en)
Inventor
冯金奎
安永灵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN202210630960.0A priority Critical patent/CN114899383A/zh
Publication of CN114899383A publication Critical patent/CN114899383A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/22—Alkali metal sulfides or polysulfides
    • C01B17/24—Preparation by reduction
    • C01B17/26—Preparation by reduction with carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
    • H01M4/5815—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明属于电池技术领域，涉及一种低成本钠电池正极材料的制备方法。包括：将商业化的硫酸钠与碳源前驱体混合均匀，然后在惰性气氛/高压下煅烧，通过热还原的方法制备出硫化钠/碳材料。为了进一步提高硫化钠的导电性及电化学性能，将上述制备的硫化钠材料与MXene混合，球磨均匀，即可获得MXene/硫化钠/碳材料。本发明采用石墨、沥青、葡萄糖、酚醛树脂、炭黑等作为碳源，可以有效降低硫化钠的成本。当碳源前驱体过量时，可获得导电性较高的碳包覆的硫化钠材料；本发明中，制备过程简单，能耗低，三废少，容易实现大规模生产；本发明中，与高导电的MXene材料，可进一步获得高导电性的MXene/硫化钠/碳复合材料，实现显著改善的电化学性能。

Description

一种低成本钠电池正极材料的制备方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种低成本钠电池正极材料的制备方法。
背景技术
相比于锂电池，钠电池因其钠源丰富、价格低廉而备受关注。此外，由于钠盐的特性，允许使用低浓度的电解液，负极可采用铝箔作为集流体，可进一步降低成本。由于钠离子电池无过放电特性，可允许钠离子电池放电到0V。当正极采用硫化钠，可获得高能量密度、高充放电效率、循环寿命长的钠电池。目前采用的硫化钠导电性差，导致其反应活性低；其次，反应过程中产生的多硫化钠易溶解于电解液，发生穿梭效应，导致活性材料的损失，造成电池容量的快速衰减。此外，现有硫化钠的生产成本也较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种低成本钠电池正极材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种低成本钠电池正极材料的制备方法，包括：
将硫酸钠与碳源前驱体在溶剂中混合均匀，烘干，得到混合粉末；
将所述混合粉末煅烧，得到硫化钠/碳材料；
将所述硫化钠/碳材料与MXene混合均匀，球磨，得到MXene/硫化钠/碳材料。
本发明的第二个方面，提供了上述的方法制备的MXene/硫化钠/碳材料。
以上一个或多个技术方案的有益效果如下：
(1)本发明采用石墨、沥青、葡萄糖、酚醛树脂、炭黑等作为碳源，可以有效降低硫化钠的成本。当碳源前驱体过量时，可获得导电性较高的碳包覆的硫化钠材料。
(2)本发明中，制备过程简单，能耗低，三废少，容易实现大规模生产。
(3)本发明中，MXene不仅种类繁多，可满足不同的性能要求，而且MXene与钠有较好的亲和性，因此，与高导电的MXene材料，可进一步获得高导电性的MXene/硫化钠/碳复合材料，实现显著改善的电化学性能。
附图说明
图1是实施例1中中间产物的XRD图。
图2是实施例1中产物硫化钠的XRD图。
图3是实施例2中中间产物的XRD图。
图4是实施例2中产物硫化钠的XRD图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种低成本钠电池正极材料的制备方法。步骤如下：
将商业化的硫酸钠与碳源前驱体混合均匀，然后在惰性气氛/高压下煅烧，通过热还原的方法制备出硫化钠/碳材料。
在一些实施例中，所述的碳源前驱体是石墨、沥青、葡萄糖、酚醛树脂、炭黑中的一种或两种以上的混合物；
在一些实施例中，所述的硫酸钠与碳源的摩尔比为1:1.1～1:10；
在一些实施例中，所述的惰性气氛是氩气、氮气中的一种或两种的混合物；
在一些实施例中，所述的高压压力是-0.2MPa～-0.01MPa；
在一些实施例中，所述的温度是800-1400℃，时间是0.5-12h；
本发明公开了上述方法制备的硫化钠/碳材料。
本发明公开了上述方法制备的硫化钠/碳材料在钠电池中的应用。
为了进一步提高硫化钠的导电性及电化学性能，通过与高导电的MXene材料复合获得正极材料，步骤如下：
将上述制备的硫化钠材料与MXene混合，球磨均匀，即可获得MXene/硫化钠/碳材料。
在一些实施例中，所述的MXene与硫化钠/碳的质量比为2:1～1:5；
本发明公开了上述方法制备的MXene/硫化钠/碳材料。
本发明公开了上述方法制备的MXene/硫化钠/碳材料在钠电池中的应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一种低成本钠电池正极材料的制备方法：
取1moL的硫酸钠，溶解于水中，然后加入2.5moL的石墨，搅拌均匀，然后烘干。
将上述产物放入管式炉中，在氩气保护下加热到900℃保温10h，降温后，即可获得硫化钠/碳材料。作为钠离子电池的负极材料时，循环50周后，容量保持率为85.6％。
图1是实施例1中中间产物的XRD图，证明成功复合了硫酸钠和碳材料。
图2是实施例1中产物硫化钠的XRD图，说明成功合成了产物硫化钠。
实施例2
一种低成本钠电池正极材料的制备方法：
取1moL的硫酸钠，溶解于水中，然后加入4.0moL的石墨，搅拌均匀，然后烘干。
将上述产物放入管式炉中，在氩气保护下加热到900℃保温10h，降温后，即可获得硫化钠/碳材料。
将上述硫化钠/碳和MXene按照质量比为1:2混合，球磨2h后，获得MXene/硫化钠/碳材料。作为钠离子电池的负极材料时，循环50周后，容量保持率为88.4％。
图3是实施例2中中间产物的XRD图，说明复合了硫酸钠和石墨。
图4是实施例2中产物硫化钠的XRD图，说明成功合成了产物硫化钠。
实施例3
一种低成本钠电池正极材料的制备方法：
取1moL的硫酸钠，溶解于水中，然后加入3.2moL的石墨，搅拌均匀，然后烘干。
将上述产物放入管式炉中，在-0.1MPa的压力加热到800℃保温8h，降温后，即可获得硫化钠/碳材料。作为钠离子电池的负极材料时，循环50周后，容量保持率为82.3％。
实施例4
一种低成本钠电池正极材料的制备方法：
取1moL的硫酸钠，溶解于水中，然后加入3.2moL的石墨，搅拌均匀，然后烘干。
将上述产物放入管式炉中，在在-0.1MPa的压力加热到800℃保温8h，降温后，即可获得硫化钠/碳材料。
将上述硫化钠/碳和MXene按照质量比为1:3混合，球磨2h后，获得MXene/硫化钠/碳材料。作为钠离子电池的负极材料时，循环50周后，容量保持率为89.1％。
实施例5
一种低成本钠电池正极材料的制备方法：
取1moL的硫酸钠，溶解于水中，然后加入2.4moL的炭黑，搅拌均匀，然后烘干。
将上述产物放入管式炉中，在氩气保护下加热到1000℃保温6h，降温后，即可获得硫化钠/碳材料。作为钠离子电池的负极材料时，循环50周后，容量保持率为81.3％。
实施例6
一种低成本钠电池正极材料的制备方法：
取1moL的硫酸钠，溶解于水中，然后加入2.4moL的炭黑，搅拌均匀，然后烘干。
将上述产物放入管式炉中，在氩气保护下加热到1000℃保温6h，降温后，即可获得硫化钠/碳材料。
将上述硫化钠/碳和MXene按照质量比为1:1混合，球磨2h后，获得MXene/硫化钠/碳材料。作为钠离子电池的负极材料时，循环50周后，容量保持率为87.1％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低成本钠电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
将硫酸钠与碳源前驱体在溶剂中混合均匀，烘干，得到混合粉末；
将所述混合粉末煅烧，得到硫化钠/碳材料；
将所述硫化钠/碳材料与MXene混合均匀，球磨，得到MXene/硫化钠/碳材料。
2.如权利要求1所述的低成本钠电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源前驱体是石墨、沥青、葡萄糖、酚醛树脂、炭黑中的一种或两种以上的混合物。
3.如权利要求1所述的低成本钠电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述硫酸钠与碳源前驱体的摩尔比为1:1.1～1:10。
4.如权利要求1所述的低成本钠电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧在惰性气体保护下进行。
5.如权利要求1所述的低成本钠电池正极材料的制备方法，其特征在于，煅烧的温度为800-1400℃，时间是0.5-12h。
6.如权利要求1所述的低成本钠电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧在高压下进行。
7.如权利要求6所述的低成本钠电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述高压的压力为-0.2MPa～-0.01MPa。
8.如权利要求1所述的低成本钠电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的MXene与硫化钠/碳的质量比为2:1～1:5。
9.权利要求1-8任一项所述的方法制备的MXene/硫化钠/碳材料。
10.如权利要求9所述的MXene/硫化钠/碳材料，其特征在于，所述MXene/硫化钠/碳材料用于制备钠电池正极材料。
CN202210630960.0A 2022-06-06 2022-06-06 一种低成本钠电池正极材料的制备方法 Pending CN114899383A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210630960.0A CN114899383A (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种低成本钠电池正极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210630960.0A CN114899383A (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种低成本钠电池正极材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114899383A true CN114899383A (zh) 2022-08-12

Family

ID=82727970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210630960.0A Pending CN114899383A (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种低成本钠电池正极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114899383A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514356A (zh) * 2015-12-25 2016-04-20 东莞威胜储能技术有限公司 一种用于钠电池的复合负极材料及其制备方法
CN107706372A (zh) * 2017-09-12 2018-02-16 山东大学 一种Mxene包覆的复合电极材料及其制备方法
CN108039458A (zh) * 2017-11-15 2018-05-15 中南大学 一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用
CN108258222A (zh) * 2018-01-17 2018-07-06 山东大学 一种MXene/硫化锂/碳复合正极材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514356A (zh) * 2015-12-25 2016-04-20 东莞威胜储能技术有限公司 一种用于钠电池的复合负极材料及其制备方法
CN107706372A (zh) * 2017-09-12 2018-02-16 山东大学 一种Mxene包覆的复合电极材料及其制备方法
CN108039458A (zh) * 2017-11-15 2018-05-15 中南大学 一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用
CN108258222A (zh) * 2018-01-17 2018-07-06 山东大学 一种MXene/硫化锂/碳复合正极材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106450195B (zh) 一种锂硫电池用正极材料及其制备方法和含有该正极材料的锂硫电池
CN111211300A (zh) 金属镍／氮掺杂碳纳米管及其锂硫电池复合正极材料
CN107093739B (zh) 钾离子电池正极材料用钾锰氧化物及其制备方法
WO2021088354A1 (zh) 核壳状铁酸镍及制备方法、铁酸镍@c材料及制备方法与应用
CN106299258B (zh) 一种高密度的石墨电池负极材料的制备方法
CN114944476B (zh) 一种MoS2/Fe2O3异质结构@多孔碳纤维复合材料及其制备方法和应用
CN108417795B (zh) 一种过渡金属/过渡金属碳二亚胺复合材料的制备方法
CN114242968A (zh) 一种碳包覆氟磷酸铁钠材料及其制备方法与应用
CN115133028A (zh) 一种煤基软碳/硬碳复合材料及其制备方法与应用
CN110993941B (zh) 一种空心球状碳包覆硫化铁复合钾离子电池负极材料的制备方法
CN106898754B (zh) 杂原子在制备锂磷电池碳磷材料中的应用和该材料及其制备方法
CN109279663B (zh) 一种硼酸盐类钠离子电池负极材料及其制备和应用
CN114702614A (zh) 一种提高硫化聚丙烯腈电池循环稳定性的正极材料及其制备方法
CN108539158B (zh) 一种rGO/WS2复合材料的制备方法及其在锂硫电池正极材料中的应用
CN107742706B (zh) 一种石墨烯复合金属硼化物和硫复合纳米材料的制备方法及其应用
CN104009232B (zh) 一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法
CN114899383A (zh) 一种低成本钠电池正极材料的制备方法
CN115148946A (zh) 锂硫电池正极极片的制备方法以及锂硫电池
CN114289006A (zh) 一种用于Li-CO2电池碳球催化剂的制备方法及其应用
CN114639826A (zh) 一种钠离子电池用In6S7/C复合负极材料及其制备方法
CN108666569B (zh) 一种海绵状碳材料的制备方法
CN103413923B (zh) 一种锂离子电池的负极材料及锂离子电池的制备方法
CN113921823A (zh) 一种CuO/O-g-C3N4锂离子电池负极材料及其制备方法
CN112615000A (zh) 一种石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法
CN111293297A (zh) 一种碳包覆MoSe2/黑磷复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination