本技术涉及一种富钠硫酸铁钠复合材料的制备技术及其在钠储存方面的应用。通过将铁基硫酸盐与经过分散处理的碳纳米管(CNTs)进行低速球磨,随后进行真空干燥和热处理,最终自然冷却至室温,制得FeSO4基复合材料。该材料展现出优异的钠储存性能,为钠离子电池领域提供了一种新型高性能电极材料。
背景技术
钠离子电池是替代锂离子电池大规模储能应用的潜在候选者,聚阴离子型化合物是钠离子电池电化学能源存储和转化的四种重要材料(聚阴离子型化合物、层状氧化物、普鲁士蓝类似物和有机材料)之一,聚阴离子型化合物中的硫酸铁钠(NFS)具有显著的低成本优势、生产原料来源广且绿色,是一类经济效益高和环境友好的材料。当应用于钠离子电池正极时,NFS的工作电压高达~3.8V且理论容量为120mAh/g,从而具有显著的高能量密度优势。此外,NFS在充放电过程中晶体结构稳定和抗热失效能力强,因而具备长循环应用潜力和高安全性。同时,相比锂离子电池,钠离子电池低温快充能力强且容量衰减幅度小。因此,以NFS为正极材料的钠离子电池更适合替代锂离子电池应用于对能量密度需求不高且成本要求低的大规模储能场景;有望完全替代铅酸电池应用于二轮和三轮电动车;也可部分取代锂离子电池应用于四轮低速代步车等储能应用领域。
目前,喷雾干燥、冷冻干燥、溶胶凝胶和一步高能球磨技术是制备硫酸铁钠复合材料的主要方法。然而,喷雾干燥法会带来一定的粉尘污染,冷冻干燥法和溶胶凝胶法效率低;同时,上述三种方法需要消耗大量水资源,为避免NFS前驱体中的Fe2+
氧化需使用大量螯合剂,且热处理过程中应额外在200℃左右保温去除过量的结晶水,以上挑战不利于NFS材料在电化学储能领域中大规模产业化制备及应用。相比之下,球磨工艺具有简单、高效和产量大等优势。然而,一步高能球磨对设备要求苛刻、能量消耗大、存在一定的安全隐患且材料均一性合成困难。此外,富Na化组成可为全电池补充一定的Na量来提高库伦效率而不会明显牺牲材料循环稳定性,但NFS材料家族仍缺少富Na化组成的材料。因此,开发高效、廉价、产率高且均一性好的合成策略制备富钠化硫酸铁钠复合材料仍然是一个难题。
实现思路