[发明专利]一种锂/钠离子电池负极材料Fe1-x

说明书

本发明提供一种锂/钠离子电池负极材料Fe_1‑xS/C的制备方法，包括步骤：含硫石油污水与氧化剂经氧化反应得到经预处理的含硫石油污水；将铁盐水溶液和添加剂加入到上述经预处理的含硫石油污水中，使pH值至2～5，混合均匀；然后于150‑220℃下水热处理10‑48h，经分离、洗涤、干燥、研磨得前驱体；所得前驱体在惰性气体保护下，经300‑400℃保温1‑3h、600‑800℃煅烧5‑12h，即得。本发明方法利用工业废弃物含硫石油污水为主要原料，方法简单，成本低，实现了废物资源的有效再利用；所制备得到的负极材料具有优异的电化学性能，放电比容量高。

技术领域

本发明涉及一种锂/钠离子电池负极材料Fe_1-xS/C的制备方法，属于锂/钠离子电池负极材料技术领域。

背景技术

铁基材料的高容量和环境友好性使其可应用于锂离子或钠离子电池。但是铁基材料的实际应用仍受到容量快速衰退的限制，这是因为离子嵌入/脱出过程中体积的严重膨胀导致铁基材料结构坍塌，从而缩短其循环寿命。为了解决这个难题同时提高其电化学性能，将铁基材料和碳进行复合形成纳米级碳复合材料，例如：石墨烯/Fe₃O₄、Fe_1-xS/C、FeS/C和Fe₃O₄/C 等。这些碳能调节Li⁺/Na⁺在嵌入/脱出过程中引起的体积膨胀并增加其电导性，从而提高了铁基负极材料的电化学性能。

磁黄铁矿，属于六方晶系，晶形呈六方板状，具有导电性和磁性，因部分Fe²⁺被Fe³⁺代替，为保持电价平衡，在Fe²⁺位置上出现空位，称为缺席构造，故磁黄铁矿的通式常以Fe_1-xS表示，其中x表示Fe原子亏损数(结构空位)，一般x＝0～0.223。Fe_1-xS用作电极材料，具有理论容量高、高度可逆的氧化还原特性、自然资源丰富以及环境友好等特点，是极具潜力的新型负极材料之一。目前，在电池材料领域对其研究报道较少。Li等人(Large-scalesynthesis of highly uniform Fe_1-xS nanostructures as a high-rate anode forsodium ion batteries. Nano Energy.S2211-2855(2017)30284-7)利用硫化法，首先合成Fe₃O₄前驱体，然后和硫代乙酰胺混合后在高温下硫化形成Fe_1-xS，在电流密度为0.1mA g^-1时，放电比容量为563mAh g^-1，但存在比容量较低、导电率低、循环过程中容量衰减快以及体积膨胀率大、原料成本高等问题。目前主要是通过碳包覆或设计成理想的纳米结构来提高其稳定性并降低其体积膨胀率。Wang等人(Fe_1-xS/C nanocomposites from sugarcanewaste-derivedmicroporous carbon for high-performance lithium ionbatteries.Green Chemistry,2016,18,3029-3039)先将甘蔗在 1000℃下碳化并用强酸活化，再与Fe_1-xS复合得到Fe_1-xS/C复合材料，在0.3Ag^-1的电流密度下首次放电比容量为959mAh g^-1，经过40次循环衰减到333mAh g^-1，可见上述Fe_1-xS/C 复合材料的电化学性能还有待提高，电极材料的容量衰减较快，且该方法制备工艺复杂、原料成本高、污染严重。

石油污水主要包括石油开采废水，炼油废水和石油化工废水三类。其中炼油厂排出的废水主要分为含油石油污水、含硫石油污水和含碱石油污水。含硫石油污水呈紫红色并伴有强烈恶臭，其主要成分为硫化物、氨、油、挥发酚等物质，其污染程度高，废水处理困难。