[发明专利]一种用于钠离子电池的碳包覆MgFe2O4负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于钠离子电池的碳包覆MgFe₂O₄负极材料的制备方法，将一定比例的硝酸镁、硝酸铁、碳源和燃烧助剂溶解于去离子水中，得到混合溶液；将溶液置于实验用微波炉中加热至200～300℃并恒温10～20min，所得产物在氩气气氛下煅烧即可得到用于钠离子电池的碳包覆MgFe₂O₄材料。本发明工艺简单易于操作，所得材料具有一定的孔洞结构且结晶度高，能够增强材料的稳定性；碳包覆可以加快钠离子电子传输速度，增加材料的电化学活性。本发明工艺成本低，步骤简单，避免了多步制备方法工艺复杂、周期长和设备要求高等缺点，适合工业化应用。

技术领域

本发明属于材料合成及能源技术领域，具体涉及一种用于钠离子电池的碳包覆MgFe2O4负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前应用最广泛的高能电池体系，但随着3C产品、新能源汽车等产业对锂离子电池依赖加剧，有限的锂资源必将面临短缺问题。钠作为常见元素，储量比锂资源高几个数量级，约占地壳的2.64%，而且分布均匀，易于提炼。因此，更低成本的钠离子电池是一种极有发展潜力的二次电池。

钠离子电池仍处于研究阶段，研究者对正极材料开展了广泛的研究，但是对钠离子电池负极材料的研究仍处于起步阶段。目前现有的负极材料主要有碳基材料如石油焦、钛基材料如TiO₂和钠合金材料等，但这些材料的理论容量较低（不足300mAh/g），难以满足高能量密度钠离子电池的要求。最近两年的研究表明，铁酸盐类钠离子电池负极材料具有很高的实际可逆容量（高于400mAh/g）。其中MgFe₂O₄具有一定的代表性，MgFe₂O₄通常采用固相或水热法等方法制备，这些方法存在工艺复杂、操作难度大和产品结晶度低的问题。加上MgFe₂O₄的电子/离子导电率低，导致倍率性能不佳，限制了其在钠离子电池负极上的大规模使用。

发明内容

针对上述技术不足，本发明的目的在于提供一种用于钠离子电池的碳包覆MgFe2O4负极材料的制备方法。该方法工艺简单，成本低廉，产品的理化性质均匀，结晶度高；在制备MgFe₂O₄的同时将碳包覆在其表面，既可以加快电子/离子的传输速度，提高倍率性能，又可以增强材料的电化学活性，提高材料的储钠稳定性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤。

（1）将硝酸镁、硝酸铁、碳源和燃烧助剂按比例溶于去离子水中，将混合溶液放入实验用微波炉中加热至200～300℃，并恒温10～20min，得到黑色疏松粉末。

（2）将步骤（1）中产物在氩气气氛下，150～900℃高温煅烧，即可得到用于钠离子电池的碳包覆MgFe₂O₄负极材料。

进一步地，步骤（1）中硝酸镁与硝酸铁的摩尔比为1：2，碳源与硝酸盐的摩尔比为1:（5～15），硝酸盐与燃烧助剂的摩尔比为1：（1～5）。

进一步地，所述燃烧助剂为甘氨酸、柠檬酸、尿素中的至少一种。

进一步地，所述碳源为多巴胺、三羟甲基氨基甲烷的一种或两种的混合物。采用所述碳源的好处在于同时含有氨基和羟基，与硝酸盐的络合效果优良，且易溶于水，反应生成的碳能够较好的分散在颗粒表面。

进一步地，步骤（2）中煅烧条件为：升温速率3～10℃/min，煅烧时间为0. 5～5h。

进一步地，所述碳包覆MgFe₂O₄负极材料中碳含量为1～10wt.%。