[发明专利]一种黄铁矿基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种黄铁矿基复合材料，该复合材料的XRD谱图在2θ为30.02°，34.00°，44.03°和53.31°处存在衍射峰，优选所述复合材料由黄铁矿和碳源制得，通过将黄铁矿粉末浸泡在黄药溶液中，再将得到的改性的黄铁矿粉末与碳源混合、焙烧，制得碳包覆的黄铁矿粉末，即黄铁矿基复合材料，该黄铁矿基复合材料作为高性能电池材料具有高比容量、高倍率、无体积效应、稳定性好、循环寿命长的优点，本发明提供了从矿到电池材料的工艺路线，实现了由黄铁矿制备高性能电池材料的突破，该制备方法以高比容量、资源储量大、制备成本低的天然黄铁矿份为原料，大大降低了生产成本、减少了制备工序，产率高，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于电池电极领域，具体涉及一种黄铁矿基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

天然黄铁矿具有高比容量、资源储量大、制备成本低的特性，可应用到电池领域中，黄铁矿材料在钠离子电池领域已有相关报道，但电化学性能较差，如循环稳定性和倍率性能差，且放电比容量较低，原因可能是黄铁矿材料易与电解液反应而分解，导致电池具有较低的耐久性和循环性能差。

因此，开发一种高比容量、高倍率、稳定性好、循环寿命长的黄铁矿基复合材料作为高性能电池材料具有重要的意义。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，研究出一种黄铁矿基复合材料，该复合材料由黄铁矿和碳源制得，将黄铁矿粉末浸泡在黄药溶液中，得到的改性的黄铁矿粉末再与碳源混合、焙烧，制得碳包覆的黄铁矿粉末，即黄铁矿基复合材料，该黄铁矿基复合材料作为高性能电池材料具有高比容量、高倍率、无体积效应、稳定性好、循环寿命长的优点，本发明提供了从矿到电池材料的工艺路线，实现了由黄铁矿制备高性能电池材料的突破，该制备方法生产成本低、制备工序简单，产率高，适合大规模工业化生产，从而完成本发明。

本发明的目的一方面在于提供一种黄铁矿基复合材料，所述复合材料的XRD谱图在2θ为30.02°，34.00°，44.03°和53.31°处存在衍射峰，优选所述复合材料由黄铁矿和碳源制得。

其中，所述碳源包括有机化合物，优选选自酚醛树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚多巴胺、聚吡啶、壳聚糖、沥青和聚苯胺中的一种或几种。

本发明的另一方面在于提供一种黄铁矿基复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、准备黄铁矿粉末；

步骤2、将黄铁矿粉末加入到黄药溶液中，得到改性的黄铁矿粉末；

步骤3、将步骤2所得改性的黄铁矿粉末与碳源混合，得到混合物；

步骤4、将混合物进行焙烧，得到所述黄铁矿基复合材料。

其中，步骤1中，所述黄铁矿粉末的粒径为10μm-100μm、优选为10μm-70μm。

其中，步骤2中，所述黄药溶液由黄药与溶剂配制而成，所述黄药为烃基黄原酸盐，优选选自己基黄原酸钠、己基黄原酸钾、戊基黄原酸钠、戊基黄原酸钾、丁基黄原酸钠、丁基黄原酸钾中的一种或多种。

其中，步骤2中，所述黄药溶液的质量百分比浓度为0.1％～5％，优选为0.5％～2％。

其中，步骤3中，所述改性的黄铁矿粉与酚醛树脂的质量比为1:3～1:25，优选为1:5～1:20。

其中，步骤3中，所述混合包括加热，加热温度为100～300℃，优选为150～250℃。

其中，步骤4中，所述焙烧的温度为400～1000℃，优选为500～800℃；

焙烧的时间为1～8h，优选为2～5h。

本发明的再一方面提供黄铁矿基复合材料作为高性能电池材料的用途。