一种三相复合储钠材料及其制备方法和应用与流程

本申请涉及电池，尤其涉及一种三相复合储钠材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钠离子电池具有成本较低、安全性高及快充能力等优点，在储能领域具有广阔的应用前景。在钠离子电池充放电过程中，钠离子会向正负极迁移，并储存在相应的正负极材料之中。钠离子在正负极的脱出与嵌入的数量和速度对电极材料的循环稳定性能和倍率性能有重要影响。电极材料的循环稳定性能和倍率性能影响钠离子电池的电化学性能。

2、在一些示例中，硫化物储钠材料可以用于钠离子电池的负极材料，例如，可以通过对硫化物储钠材料的形貌结构进行设计以改善钠离子电池的电化学性能。但是，在钠离子电池充放电的过程中，仍然存在钠离子电池电化学性能下降速度较快的缺点。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种三相复合储钠材料及其制备方法和应用，旨在解决钠离子电池在充放电时电化学性能下降速度较快的问题。

2、为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

3、第一方面，本申请的实施例提供一种三相复合储钠材料。三相复合储钠材料选自如下通式所示结构中的任一种：(fes)x/(v3s4)y/c；其中，0.2≤x≤5，0.2≤y≤5。

4、在本申请实施例所提供的三相复合储钠材料(fes)x/(v3s4)y/c中，首先，fes和v3s4可形成异质界面，在界面处，储钠所需的吸附能较低，可以使钠离子更容易被吸附，这样能够提升三相复合储钠材料的钠离子储存数量；而且，(fes)x/(v3s4)y/c的体相中存在大量的点缺陷、线缺陷和面缺陷，这些缺陷能提供大量的钠离子储存位点，这样可以进一步的提升三相复合储钠材料中的钠离子储存数量，以使三相复合储钠材料具有较好的比容量，从而使得钠离子在钠离子电池的正负极的脱出与嵌入的数量较多。在钠离子电池充放电的过程中，电池的电极材料比容量下降较小。

5、其次，(fes)x/(v3s4)y/c的体相中包含有大量缺陷，能够形成大量自由电子和空穴，可以提升三相复合储钠材料的电导率，使得钠离子的迁移速率加快；(fes)x/(v3s4)y/c的体相中包含的大量缺陷还可提升三相复合储钠材料的电化学动力，使得钠离子的迁移受到的阻力相对变小；而且，(fes)x/(v3s4)y/c的体相中包含的大量缺陷也可以为钠离子的迁移提供更多的离子通道，有助于加快钠离子的迁移，从而提高钠离子在正负极的脱出与嵌入的速度，可使钠离子电池电极材料的倍率性能提升，阻抗降低。

6、进一步的，三相复合储钠材料中的碳材料，第一方面，碳材料可以与fes和v3s4形成紧密的界面结合，作为fes和v3s4异质界面形成的桥梁或媒介，促进异质界面的形成和稳定；第二方面，碳材料具有较好的电导率，能提升三相复合储钠材料的电化学性能；第三方面，碳材料具有较好的机械强度和延展性，能够抑制电极材料的体积膨胀，降低电极材料的结构破坏，可减少电极材料上的活性物质脱落，保证三相复合储钠材料在钠离子电池电极材料充放电过程中的稳定性，使电极材料的阻抗降低，进而提高钠离子电池的循环寿命。

7、因此，通过fes、v3s4和c各部分材料之间的协同作用能够提升三相复合储钠材料作为电极材料的循环稳定性和倍率性能，进而解决钠离子电池在充放电过程中电化学性能下降速度较快的问题。

8、在一些实施例中，三相复合储钠材料的平均粒径的范围为4μm~10μm。

9、在一些实施例中，三相复合储钠材料在电流密度范围为0.8a/g~1.2a/g的条件下，循环150圈~200圈后，比容量的范围为500mah/g~600mah/g。

10、在一些实施例中，三相复合储钠材料在电流密度范围为3.8a/g~4.2a/g的条件下，循环1000圈的比容量下降小于或等于25%。

11、在一些实施例中，三相复合储钠材料的初始电化学阻抗的范围为0.015ω~0.020ω。

12、第二方面，本申请的实施例还提供一种三相复合储钠材料的制备方法。该方法包括：在碱性条件下，将铁源和钒源反应，得到第一沉淀；在有机溶剂中，将碳源、第一沉淀及硫源进行水热反应，得到第二沉淀；在惰性气体条件下，将第二沉淀煅烧，得到三相复合储钠材料；三相复合储钠材料选自如下通式所示结构中的任一种：(fes)x/(v3s4)y/c，其中，0.2≤x≤5；0.2≤y≤5。

13、在一些实施例中，铁源包括：氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、草酸铁和硝酸铁中的至少一种。

14、在一些实施例中，钒源包括：氯化钒、氧化钒和草酸钒中的至少一种。

15、在一些实施例中，硫源包括：硫脲、硫代乙酰胺和硫粉中的至少一种。

16、在一些实施例中，碳源包括：聚乙烯吡咯烷酮、葡萄糖、聚吡咯烷酮和聚多巴胺中的至少一种。

17、在一些实施例中，铁源和钒源的摩尔比值范围为0.2~5。

18、在一些实施例中，铁源和硫源的摩尔比值范围为2~5。

19、在一些实施例中，碳源的质量为铁源、硫源和钒源总质量的10%~20%。

20、在一些实施例中，第一沉淀包括：铁的氧化物、铁的氢氧化物、钒的氧化物和钒的氢氧化物中的至少一种。

21、在一些实施例中，第二沉淀包括：铁硫化合物和钒硫化合物中的至少一种。

22、第三方面，本申请的实施例还提供一种上述任一项实施例所述的三相复合储钠材料在钠离子电池电极材料中的应用。

技术特征：

1.一种三相复合储钠材料，其特征在于，所述三相复合储钠材料选自如下通式所示结构中的任一种：(fes)x/(v3s4)y/c；其中，0.2≤x≤5，0.2≤y≤5。

2.根据权利要求1所述的三相复合储钠材料，其特征在于，所述三相复合储钠材料的平均粒径的范围为4μm~10μm。

3.根据权利要求1或2所述的三相复合储钠材料，其特征在于，所述三相复合储钠材料在电流密度范围为0.8a/g~1.2a/g的条件下，循环150圈~200圈后，比容量的范围为500mah/g~600mah/g。

4.根据权利要求1或2所述的三相复合储钠材料，其特征在于，所述三相复合储钠材料在电流密度范围为3.8a/g~4.2a/g的条件下，循环1000圈后的比容量下降小于或等于25%。

5.根据权利要求1或2所述的三相复合储钠材料，其特征在于，所述三相复合储钠材料的初始电化学阻抗的范围为0.015ω~0.020ω。

6.一种三相复合储钠材料的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的三相复合储钠材料的制备方法，其特征在于，所述铁源包括：氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、草酸铁和硝酸铁中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的三相复合储钠材料的制备方法，其特征在于，所述钒源包括：氯化钒、氧化钒和草酸钒中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的三相复合储钠材料的制备方法，其特征在于，所述硫源包括：硫脲、硫代乙酰胺和硫粉中的至少一种。

10.根据权利要求6所述的三相复合储钠材料的制备方法，其特征在于，所述碳源包括：聚乙烯吡咯烷酮、葡萄糖、聚吡咯烷酮和聚多巴胺中的至少一种。

11.根据权利要求6所述的三相复合储钠材料的制备方法，其特征在于，所述铁源和所述钒源的摩尔比值范围为0.2~5。

12.根据权利要求6所述的三相复合储钠材料的制备方法，其特征在于，所述铁源和所述硫源的摩尔比值范围为2~5。

13.根据权利要求6所述的三相复合储钠材料的制备方法，其特征在于，所述碳源的质量为所述铁源、所述硫源和所述钒源总质量的10%~20%。

14.根据权利要求6所述的三相复合储钠材料的制备方法，其特征在于，所述第一沉淀包括：铁的氧化物、铁的氢氧化物、钒的氧化物和钒的氢氧化物中的至少一种。

15.根据权利要求6~14任一项所述的三相复合储钠材料的制备方法，其特征在于，所述第二沉淀包括：铁硫化合物和钒硫化合物中的至少一种。

16.权利要求1~5中任一项所述的三相复合储钠材料在钠离子电池电极材料中的应用。

技术总结
本申请公开了一种三相复合储钠材料及其制备方法和应用，涉及电池技术领域，旨在解决钠离子电池在充放电时电化学性能下降速度较快的问题。该三相复合储钠材料选自如下通式所示结构中的任一种：(FeS)<subgt;x</subgt;/(V<subgt;3</subgt;S<subgt;4</subgt;)<subgt;y</subgt;/C；其中，0.2≤x≤5，0.2≤y≤5。本申请的实施例所提供的三相复合储钠材料中的FeS、V<subgt;3</subgt;S<subgt;4</subgt;和C各部分材料之间的协同作用，能够较好提升三相复合储钠材料作为电极材料的循环稳定性和倍率性能，进而降低钠离子电池在充放电时电化学性能下降的速度。

技术研发人员：陈鸿毅,李成,吴思思,金丽娜,李翔宇
受保护的技术使用者：比亚迪股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23