[发明专利]一种钠离子电池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负极活性材料的制作方法。将传统冶金用廉价天然锌精矿粉碎，用作钠离子电池负极活性材料。按(50‑90)﹕(30‑7)﹕(20‑3)质量比分别称取锌精矿负极活性材料、乙炔黑、聚偏二氟乙烯，以N‑甲基吡咯烷酮作为溶剂调浆并混合均匀，然后将浆料均匀涂敷于铝箔集电极上，置于真空干燥箱内于80‑120℃下干燥12小时以上，裁片，称重，继续烘干至恒重，得到实验电极片；在充满氩气的手套箱内，以金属钠作为对电极和参比电极，以PP/PE/PP复合多孔膜作为隔膜，以1mol/L NaPF₆的EC/DEC/DME溶液为电解液，组装电池。测试结果表明，锌精矿具有较好的电化学可逆储钠性能，可用作钠离子电池负极活性材料。本发明为钠离子电池安全、低成本发展提供了新途径。

技术领域

本发明涉及钠离子电池材料领域，特别是采用天然矿物制作电极活性材料。

背景技术

目前，化学电源已经得到了很大发展，其中锂离子电池综合性能优异，已经成为日常移动电子产品的首选，随着电动汽车、风光新能源储存及智能电网等需求的快速增长，大量集成化使用对电池的成本、安全、比能量、大功率等性能提出了更高的要求。同时，由于锂电池资源稀少，且全球分布极不均衡，导致锂离子电池电动汽车及储能价格偏高，严重限制了其发展。钠的资源远较锂丰富，分布广泛且价格低廉。因此，人们寄希望于钠离子电池在不久的将来能够替代锂离子电池在动力和储能领域的应用。

钠与锂是同族元素，因此钠离子电池与锂离子电池的组成材料、工作原理、制造工艺等均十分类似，目前限制钠离子电池发展的主要瓶颈是负极材料。钠离子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。过渡金属硫化物中金属-硫键能较弱，并且其晶胞参数相对较大，电子导电性一般较氧化物好，同时，其比容量较高，氧化还原电位较钠、碳素高。因此，过渡金属硫化物属于安全型负极材料，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用于制作钠离子电池负极活性材料，为钠离子电池的安全、低成本发展提供了新途径。

发明内容

本发明的目的是将丰富、廉价的冶金用天然矿物锌精矿，经过粉碎加工后用作钠离子电池负极活性材料，实现廉价天然资源的增值利用和钠离子电池低成本、高性能。

具体步骤为：

将市售浮选锌精矿，进一步粉碎，得到钠离子电池用锌精矿负极活性材料。按(50-90)﹕(30-7)﹕(20-3)质量比分别称取锌精矿负极活性材料、乙炔黑、聚偏二氟乙烯，以N-甲基吡咯烷酮作为溶剂调浆，并混合均匀，然后将浆料均匀涂敷于铝箔集电极上，置于真空干燥箱内于80-120℃下干燥12小时以上，裁片，称重，继续烘干至恒重，得到实验电极片；在充满氩气的手套箱内，以钠片作为对电极和参比电极，以PP/PE/PP复合多孔膜作为隔膜，以1mol/L NaPF₆的EC/DEC/DME(体积比为1：1：1)溶液为电解液，组装半电池，测试其电化学性能。

附图说明

图1本发明实施例1锌精矿的SEM照片。

图2本发明实施例1锌精矿的XRD图谱。

图3本发明实施例1锌精矿/钠半电池的充放电性能。

实施例1：

(1)将200克国内某选矿厂的锌精矿(Zn质量百分比含量为55.9％)等分置于QM-3SP4型行星式球磨机自带的两个聚四氟乙烯罐中，装上压盖，安装于球磨机上，调节转速为400转/分钟，球磨2小时，出料，得到锌精矿负极活性材料样品。图1为样品的SEM照片，从图中可以看出，较小颗粒的粒径约0.1μm，团聚体或大颗粒的粒径约为1.0μm，其粒径分布不均匀。图2为样品的XRD图谱，主要为结晶程度较高的闪锌矿相，无明显的其他杂质物相。