[发明专利]一种钠离子电池复合负极活性材料的制作方法

说明书

本发明提供了一种钠离子电池复合负极活性材料的制作方法。将锌冶炼用锌精矿用砂磨机粉碎0.5‑5小时，过滤，洗涤，干燥，研磨，得到粒径小于2μm的微纳米锌精矿；接着，将有机物、高导电性碳与其充分混合，在惰性气氛炉内于200‑850℃下焙烧0.5‑10小时，自然降温，球磨粉碎，得到钠离子电池微纳米锌精矿/碳复合负极活性材料。该负极活性材料的反应电位约0.8V(vs.Na/Na⁺)，比容量可达1100mAh/g以上，并且具有良好的循环稳定性。因此，微纳米锌精矿/碳复合材料是一种安全型、高容量和稳定性良好的新型钠离子电池负极活性材料。

技术领域

本发明涉及钠离子电池材料领域，特别是将天然矿物复合材料用作电极活性材料。

背景技术

近年来，电动汽车动力电源和风电、光伏储能等应用需求快速增长，锂离子电池综合性能优异，已经成为动力电源和储能应用优选电池。但是，由于锂资源地壳储量稀少，并且全球分布极不均衡，导致电动汽车及锂离子电池储能价格偏高。同时，锂离子电池的安全问题及能量密度也是制约其进一步发展的重要因素。钠与锂属于同族元素，其地壳资源是锂的1200倍，并且分布广泛，价格低廉，开发钠离子电池具有现实的可行性。目前，负极材料是限制钠离子电池发展的关键因素。钠电池负极材料的类型主要有钠及钠合金、碳素、过渡金属化合物和有机化合物等。其中，过渡金属化合物包括氧化物、硫化物、氮化物、磷化物、碳化物及其他无机化合物，这些化合物的氧化还原电位较高，能够避免形成枝晶，同时其比容量远较碳素负极材料高，并且充放电过程中体积膨胀较合金类电极材料小。因此，过渡金属化合物是很有希望的钠离子电池负极材料。

过渡金属硫化物与氧化物相比，其金属-硫键能较弱，晶胞参数较大，电子导电性较好，因而其电化学反应动力学过程更容进行，有利于获得较好的循环性能和大电流性能。因此，过渡金属硫化物负极材料已经成为钠离子电池研发的热点。本发明将天然原生硫化物矿物与碳材料复合用作钠离子电池负极活性材料，获得了良好的电化学性能，是很有希望的高性能负极活性材料。

发明内容

本发明的目的是将廉价的锌冶炼用天然锌精矿与碳材料复合，以制得具有良好电化学性能的钠离子电池负极活性材料。

具体步骤为：

将锌冶炼用锌精矿用砂磨机粉碎0.5-5小时，过滤，洗涤，干燥，研磨，得到粒径小于2μm的微纳米锌精矿；接着，将有机物、高导电性碳与其充分混合，在惰性气氛炉内于200-850℃下焙烧0.5-10小时，自然降温，球磨粉碎，得到钠离子电池微纳米锌精矿/碳复合负极活性材料。

附图说明

图1本发明实施例1微纳米锌精矿的SEM照片。

图2本发明实施例1微纳米锌精矿的XRD图谱。

图3本发明实施例1微纳米锌精矿/碳复合负极材料的循环伏安曲线。

图4本发明实施例1微纳米锌精矿/碳复合负极材料的充放电循环性能。

实施例1：

(1)从国内某选矿厂采集1.32公斤锌精矿(Zn质量百分比含量为52.99％)，分散于1.3升水中，采用直径0.2mm氧化锆作为研磨介质，用立式SPT1.5W型砂磨机循环2小时，分离氧化锆微球，过滤，将滤饼在干燥箱内于100℃下烘干，用QM-3SP4型行星式球磨机球磨0.5小时，得到微纳米锌精矿负极活性材料。图1为样品的SEM照片，从图中可以看出，其平均粒径约为50nm，并且分散性好。图2为样品的XRD图谱，主要为纯闪锌矿相，衍射峰较宽表明其粒径已达纳米级。