
技术摘要:
本发明公开了一种提高钠离子电池硫化物电极材料的循环寿命的方法。通过把隔膜浸泡在溶液中使硝酸盐或亚硝酸盐均匀负载在隔膜上,或直接添加到电池中,将硝酸盐或亚硝酸盐以溶液的方式负载到隔膜上,可以避免把溶解性低的盐直接添加到电解液中进而影响电解液黏稠性,能 全部
背景技术:
钠离子较大的离子半径使得石墨负极无法作为钠离子电池的负极材料,因此急需 寻找一款高性能的负极材料。过渡金属硫化物拥有较高的理论容量(500-1100 mAh/g),良 好的倍率性能,而优异的倍率性能对于钠离子电池电动车是不可或缺的。但大多数过渡金 属硫化物在充放电过程中会发生转化反应,带来巨大的体积变化,同时,电极材料的表面或 界面副反应,使得过渡金属硫化物的循环寿命极差(<100 次循环)。目前,提升过渡金属硫 化物循环寿命主要是通过纳米结构设计并与碳材料进行复合,纳米化的过渡金属硫化物体 积变化得以大幅减小,同时碳材料提供了良好的导电网络和体积变化缓冲。不可否认,纳米 化复合结构设计一定程度上提升了硫化物电极的循环稳定性,但这种有限的提升(通常 100-300次循环)对于其商业化可能性是远远不够的。与此同时,目前报道中的各种材料设 计,虽然其循环寿命得以提高,但其制备工艺极其复杂,不利于产业化发展。所以,一种简单 且普适性的方法才是目前所急需的。 电解液的改性由于方法较为简单也是研究热点。目前实验室常用的有机类电解液 主要分为两类,碳酸酯类(Carbonate ester-based electrolytes)和醚类(Ether-based electrolytes),醚类电解液由于其较低的工作电压窗口(< 4.0 V,抗氧化稳定性,在高电 压下不稳定)而被商业化的锂离子电池领域所弃用。醚类电解质无法突破其固有的低电压 窗口限制,对钠离子电池商业化发展来说是无法逾越的障碍。因此,对于钠离子电池,碳酸 酯类电解液是目前商业化的最佳选择。目前电解液改性方法有加入氟代碳酸乙烯酯(FEC)、 碳酸亚乙烯酯(VC)等电解液添加剂,电解液添加剂往往先于电解液溶剂分解,优先在电极 材料与电解液之间形成一层固态电解质界面(Solide Electrolyte Interface, SEI)膜, 提供了有效的保护效果,但电解液添加剂会被不断的消耗掉,材料依然会失效。此外,部分 添加剂还会对电池的倍率性能、比容量和首周库伦效率造成不利的影响,如FEC会影响电极 材料的可逆容量和首周库伦效率。 在其他电池技术研究中,例如有机体系中的锂硫或钠硫电池、锂金属或钠金属电 池,报道了将硝酸锂添加到醚类电解液中提升电池性能。然而,由于这几种电池技术本身固 有的限制问题,再加上短时间内无法解决醚类电解液的劣势,严重制约了其商业化应用的 发展和推广。
技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种提升过渡金属硫化物电极材料在碳酸酯类电解液钠 离子电池中循环寿命的简单、普适性方法。 为实现上述目的,本发明技术方案如下: 3 CN 111725465 A 说 明 书 2/4 页 一种提高钠离子电池硫化物电极材料的循环寿命的方法,该方法选用特定的硝酸盐或 亚硝酸盐,通过把隔膜浸泡在溶液中使硝酸盐或亚硝酸盐均匀负载在隔膜上,或直接添加 到电池中,将硝酸盐或亚硝酸盐以溶液的方式负载到隔膜上,可以避免把溶解性低的盐直 接添加到电解液中进而影响电解液黏稠性,能够有效提升过渡金属硫化物的循环寿命,并 且不牺牲电极材料的倍率性能、比容量和首周库伦效率等重要性能,具体包括以下步骤: 步骤1,将钠离子电池隔膜浸泡在硝酸盐或亚硝酸盐溶液中一定时间,取出干燥后得到 负载有上述硝酸盐或亚硝酸盐的隔膜; 步骤2,以过渡金属硫化物或相应的碳复合材料作为工作电极材料,以金属钠作为对电 极和参比电极,以碳酸酯类电解质为电解液,以步骤1中得到的隔膜作为电池隔膜,组装钠 离子电池。 优选地,步骤1中,钠离子电池隔膜采用玻璃纤维。 优选地,步骤1中,硝酸盐为NaNO3或KNO3,亚硝酸盐为 NaNO2或KNO2。 优选地,步骤1中,浸泡时间为10 h以上。 优选地,步骤2中,工作电极材料为Fe、Co、Ni、Mo或 Sn中任意一种金属元素的硫化 物或所述硫化物的碳纳米复合物。 优选地,步骤2中,电解液的溶质为NaClO4,溶剂为EC(碳酸乙烯酯):PC(碳酸丙烯 酯) 2�C(氟代碳酸乙烯酯)。 与现有技术相比,本发明所述方法可以大幅度提升碳酸酯类电解液中钠离子电池 过渡金属硫化物电极材料的循环寿命,并且不影响其倍率性能、比容量和首周库伦效率。 附图说明 图1为实施例1中的FeS/C的钠离子半电池电化学性能的循环性能。 图2为对比例1中的FeS/C的钠离子半电池电化学性能的循环性能 图3为实施例2中的CoS/C的钠离子半电池电化学性能的循环性能。 图4为对比例2中的CoS/C的钠离子半电池电化学性能的循环性能。 图5为实施例3中的NiS/C的钠离子半电池电化学性能的循环性能。 图6为对比例3中的NiS/C的钠离子半电池电化学性能的循环性能。 图7为实施例4中的MoS2/C的钠离子半电池电化学性能的循环性能。 图8为对比例4中的MoS2/C的钠离子半电池电化学性能的循环性能。 图9为实施例5中的SnS2/C的钠离子半电池电化学性能的循环性能。 图10为对比例5中的SnS2/C的钠离子半电池电化学性能的循环性能。 图11为实施例1中的FeS/C的钠离子半电池电化学性能的倍率性能。 图12为对比例1中的FeS/C的钠离子半电池电化学性能的倍率性能。 图13为未浸泡硝酸盐或亚硝酸盐溶液的隔膜扫描电镜图。 图14为浸泡过硝酸盐或亚硝酸盐溶液的隔膜扫描电镜图。