[发明专利]一种铁镍二次电池负极添加剂，制备方法及使用该添加剂的铁基负极板和应用

说明书

本发明公开了一种铁镍二次电池负极添加剂，制备方法及使用该添加剂的铁基负极板和应用，属于碱性二次电池负极技术领域。本发明的技术方案要点为：铁镍二次电池负极添加剂是由单质硫、金属导电材料和碳材料构成的具有三维核壳包覆结构的S@M@C复合材料，其中单质硫S为核，金属导电材料M和碳材料C为包覆层。本发明还具体公开了该负极添加剂的制备方法及包含有该添加剂的铁基负极板和含有该铁基负极板的铁镍二次电池。本发明采用负极添加剂制备的碱性二次电池具有优异的安全性、超长的循环寿命和良好的耐充过放特性，进而能够满足工业领域的特殊要求。

技术领域

本发明属于铁镍二次电池技术领域，具体涉及一种铁镍二次电池负极添加剂，制备方法及使用该添加剂的铁基负极板和应用。

背景技术

随着环境和能源危机的日益加剧，可再生能源的开发、转换和存储已经成为人类社会发展的一个重要方面。化学电源作为新型能源存储装置，具有操作方便、转换效率高等特点，目前被广泛用在社会的各个领域。众所周知，锂离子电池具有较高的能量密度，在多个领域得到广泛的应用。然而，其具有生产成本高、电解液易燃有安全隐患等难以克服的缺点。目前，开发低成本、环保且高效率的能源存储系统是研究者研究的一个重点。

传统袋式铁镍二次电池具有有材料来源丰富、价格低廉、良好的安全性、环保以及耐过充电和深度放电、循环寿命长等独有的优点，曾在多个应用领域得到快速发展。近些年来，随着人们对绿色能源的日益重视，铁镍二次电池作为一种绿色环保电池备受科研工作者的关注。然而，铁电极在使用过程中会产生氢氧化铁绝缘层，存在容易钝化和容易析氢的问题，造成铁镍电池倍率性能差、充放电效率低、自放电大和活性物质利用率低，这些问题严重制约了铁基碱性二次电池的应用和发展。近年来，人们对于铁电极的制备工艺进行了大量研究，在铁电极的容量性能和倍率性能等方面取得了一定进展。然而，目前铁电极在容量性能和倍率性能方面仍有较大的进步空间，仍很难弥补其与其它碱性二次电池在能量密度和功率密度方面的差距，仍有待进一步发展。目前，探索合适的铁负极添加剂是提高铁基碱性二次电池电性能的重要途径。

发明内容

本发明针对目前碱性铁电极存在的负极倍率性能差及难以满足储能等领域的应用等问题，提供了一种铁镍二次电池负极添加剂，制备方法及使用该添加剂的铁基负极板和应用，采用该负极添加剂制备的碱性二次电池具有优异的安全性、超长的循环寿命和良好的耐充过放特性，进而能够满足工业领域的特殊要求。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种铁镍二次电池负极添加剂，其特征在于：该负极添加剂是由单质硫、金属导电材料和碳材料构成的具有三维核壳包覆结构的S@M@C复合材料，其中单质硫S为核，金属导电材料M和碳材料C为包覆层。

进一步优选，所述单质硫为升华硫，该升华硫在S@M@C复合材料中的质量百分含量为40％-99％，升华硫的颗粒尺寸平均直径控制在50nm-30μm。

进一步优选，所述导电金属材料为金属或金属氢氧化物，其中金属为导电金属铜、镍、锡或银，金属氢氧化物为铜、镍、锡、镱、铒、铟的氢氧化物中的一种或多种。

进一步优选，所述碳材料为石墨烯、氧化石墨烯、氮掺杂石墨烯、氮硫共掺杂氧化石墨烯或聚吡咯。

本发明所述的铁镍二次电池负极添加剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1、硫材料的制备：将单质硫进行研磨后进行筛分得到颗粒尺寸平均直径为50nm-30μm的单质硫颗粒备用；

步骤S2、S@M复合材料的制备：以步骤S1得到的单质硫颗粒为基体，采用化学镀或化学共沉淀的方法在单质硫颗粒表面形成金属或/和金属氢氧化物包覆层；

步骤S3：S@M@C复合材料的制备：将步骤S2得到的S@M复合材料分散于水中，采用机械包覆或化学聚合包覆的方法制备出具有三维核壳包覆结构的S@M@C复合材料。