[发明专利]一种钠离子电池用FeS0.5

说明书

本发明涉及一种钠离子电池用FeS_0.5Se_0.5/CF复合负极材料及其制备方法，属于钠离子电池技术领域。利用原位生长的方法将双阴离子化合物FeS_0.5Se_0.5锚定在纳米碳纤维上，形成稳定的结构，合成的FeS_0.5Se_0.5/CF复合材料作为钠离子电池负极材料。金属钠作为对电极组装成钠离子半电池，测试结果显示，该电极材料在0.5A/g的电流密度下，初始容量可达518mAh/g，其首圈库伦效率高达72.6％，循环50圈内，其库伦效率接近100％，具有良好的循环稳定性。本发明填补了硒硫化亚铁材料在钠离子电池领域中的空缺，设计的结构有利于缓解钠离子嵌入脱出过程中的体积膨胀，抑制材料粉化，改善了电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池用FeS_0.5Se_0.5/CF复合负极材料及其制备方法，属于钠离子电池技术领域。

背景技术

开发一种高效的电池系统是解决存储可再生清洁能源(例如风能，太阳能，海浪等)问题的重要解决方案。尽管如此，锂离子电池的发展遇到了瓶颈，是因为金属锂在地壳内有限的储量和潜在的安全问题。钠离子电池由于全球资源丰富，价格较低以及钠的电极电位较高而受到越来越多的关注。但是，由于钠离子的半径大于锂离子的半径，在充放电过程中导致较大的体积膨胀和缓慢的电化学反应动力学。因此，采用电极材料来适应体积变化并加快反应动力学是实现钠离子电池高容量，稳定的循环性和出色的倍率性能的关键。

双阴离子化合物，例如金属氟氧化物、氧氮化物和氧硫化物已被广泛研究，这些双阴离子化合物通常比单阴离子化合物具有更好的电化学性能。由于硫化亚铁具有较高的理论容量，但在钠离子脱嵌过程中由于体积膨胀导致容量快速衰减和低库仑效率；硒化亚铁的理论容量较低，在钠嵌入过程中，硒化亚铁几乎可以保持稳定的结构。然而，硒硫化物作为钠电负极材料很少被报道过。同时利用原位生长的方法，将硒硫化亚铁锚定在电纺碳纤维上，形成结构、性能稳定的复合材料。

发明内容

本发明的目的在于设计了一种钠离子电池用FeS_0.5Se_0.5/CF复合负极材料，是一种新型双阴离子化合物与纳米碳纤维的复合材料，解决当前缺少硒硫化亚铁作为钠离子电池负极材料的现状。

本发明所用的静电纺丝技术是一种简单有效且量产较高制备一维纳米纤维的技术，可以灵活调整纳米纤维的直径、长度以及表面形貌等。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种钠离子电池用FeS_0.5Se_0.5/CF复合负极材料及其制备方法，包括如下步骤：

1)将一定质量的大分子聚合物溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加热搅拌，得到均匀的无色溶液；

2)利用静电纺丝技术，将均匀的溶液在高压下电纺形成粗细均匀的电纺碳纤维；

3)将氟化铵、尿素和铁盐溶解在去离子水中，搅拌均匀，之后将溶液转移至反应釜中，放入剪成片状的电纺碳布，将上述反应釜置于烘箱中，进行溶剂热反应；

4)待反应结束溶液冷却至室温取出长有氢氧化铁的电纺碳布，用去离子水冲洗，60℃真空干燥后，与混合的硫代乙酰胺、硒粉置于瓷舟中，在惰性气体中高温烧结得到原位生长在电纺纤维上的硒硫化亚铁材料。

步骤1)中大分子聚合物的溶液浓度可以为5-20g/ml，在磁力搅拌器的作用下搅拌2-24h，温度为50-90℃。

步骤2)中静电纺丝的电压设定在15-25kv，液体流速为0.5-1.5ml/h，用铝箔收集纺好的碳纳米纤维。

步骤3)中氟化铵、尿素和铁盐按照摩尔比2∶2.5∶1的比例，溶解在50-80ml的去离子水中搅拌均匀。