鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]二硫化錫(SnS2)屬于IV: VI族二元化合物，具有0(112型的層狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)單元是由兩層六方密堆積的硫離子中間加入錫離子的三明治結(jié)構(gòu)(S-Sn-S)組成的，每個錫離子周圍有六個硫離子形成正八面體配位，即硫離子采取AB AB六方密堆積，而金屬錫離子置于兩層的硫離子之間，層內(nèi)為共價鍵結(jié)合，層與層之間存在弱的范德華力。SnSd^這種層狀結(jié)構(gòu)中存在很多晶格空位，可作為“插層”的主體晶格。這種結(jié)構(gòu)上的優(yōu)越的柔韌性使它能作為基底，通過共軛化合物的插入，形成具有獨(dú)特光電性質(zhì)的插層化合物。
[0003]鈉離子電池是一種新型電化學(xué)電源，具有原材料資源豐富、成本較低、比容量和效率較高等優(yōu)點(diǎn)，較為符合規(guī)模化儲能應(yīng)用要求，在提升大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)接入能力、提高電能使用效率和電能質(zhì)量方面具有應(yīng)用潛力，同時由于鈉離子電池具有比容量高、質(zhì)量輕、壽命長和無記憶性等顯著優(yōu)勢，在航空航天、混合電動汽車以及便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用。在這一背景下，鈉離子電池近年來引起全世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，關(guān)鍵材料和相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展迅速。鈉離子能插入SnS2的夾層中，因此SnS 2被認(rèn)為是鈉離子電池的負(fù)極材料有前途的候選者。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)SnS2也可以與鈉離子發(fā)生和氧化錫類似的合金反應(yīng)，且比SnO2具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性，因此近年來SnS 2作為鈉離子電池負(fù)極材料受到廣泛關(guān)注。
[0004]由于顆粒形貌對樣品的電化學(xué)性能也可能會造成一定的影響，顆粒越小、比表面積越大，則材料與電解液的接觸越好，Na+的迀移距離也會變短，這樣更有利于鈉離子電池負(fù)極材料倍率性能的提升。另外，一維納米材料如納米片、納米棒、納米管、納米線等這些特殊的結(jié)構(gòu)在電化學(xué)性能等方面會產(chǎn)生一些新穎的特點(diǎn)。
[0005]目前所報(bào)道的制備納米SnS2M料的方法主要為化學(xué)沉淀法[YongCZj Zhen N Dj Li K W，et al.Size-Controlled Hydrothermal Synthesis Of SnS2Nanoparticles With High Performance In Visible Light-Driven PhotocatalyticDegradat1n Of Aqueous Methyl Orange [J].Separat1n&Purificat1nTechnology，2011，81 (I): 101 - 107.]、固相反應(yīng)法[Qamar M，Gondal M A, Zh.Y.Laser-1nduced efficient reduct1n of Cr (VI) catalyzed by ZnO nanoparticles.[J].Journal of Hazardous Materials，2011，187 (4): 258-263.]，溶劑熱反應(yīng)法[QihuaWang,Dewei Wang, et.al.Porous SnO2 nanoflakes with loose-packed structureMorphology conserved transformat1n from SnS2 precursor and applicat1n inlithium 1n batteries and gas sensors[J].Journal of Physics&Chemistry ofSolids, 2011，72(6):630-636.]。其中化學(xué)沉淀法可以在室溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但通常得到的產(chǎn)品結(jié)品性很差(或是無定形)，顆粒形貌及尺寸大小不規(guī)則且粒度分布較寬。雖然固相反應(yīng)法具有不需耍溶劑、設(shè)備簡單和反應(yīng)條件容易控制等優(yōu)點(diǎn)，但是由于反應(yīng)在固相中進(jìn)行，通常反應(yīng)不徹底，產(chǎn)率較低。溶劑熱法需要嚴(yán)格控制溶劑熱的條件。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種倍率性能良好的納米片狀SnS2鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，該方法制備成本低、操作簡單、制備周期短，獲得的納米片狀SnS2鈉離子電池材料性能優(yōu)異。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種倍率性能良好的納米片狀SnS2鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0009]I)將Sn源溶于去離子水中，配制成濃度為0.5?1.2mol/L的溶液A，同時調(diào)節(jié)A溶液的pH為I?9，將S源溶于去離子水中，配制成濃度為0.1?2.4mol/L的溶液B ;
[0010]2)將A、B兩種溶液按照元素摩爾比nsn:ns= (1.0?2.5): (2.0?4.3)的比例混合得到溶液C，攪拌均勻形成均勻穩(wěn)定的混合溶液D ;
[0011]3)將D溶液放入均相水熱反應(yīng)釜中，密封水熱釜，反應(yīng)溫度控制在120?200°C，反應(yīng)時間控制在8?16h后關(guān)閉電源；
[0012]4)待反應(yīng)釜冷卻后，取出前驅(qū)體，經(jīng)離心洗滌分離，用去離子水洗滌，再用無水乙醇洗滌得到黃褐色前驅(qū)體，干燥即得到納米片狀SnSjR離子電池負(fù)極材料。
[0013]步驟I)中所述Sn源為SnCl4.5H20。
[0014]步驟I)中所述S源為NaS.9H20。
[0015]步驟I)中采用lmol/L的HCl或NH4.H2O調(diào)節(jié)A溶液的pH。
[0016]步驟2)中攪拌均勻具體為在26°C下磁力攪拌5?30min。
[0017]步驟3)中控制體積填充比為50%?60%。
[0018]步驟4)中干燥具體為60?80°C下干燥I?3h。
[0019]—種倍率性能良好的納米片狀SnS2鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體包括以下步驟:
[0020]I)將SnCl4.5Η20溶于去離子水中，配制成濃度為0.5mol/L的溶液Α，同時用Imol/L的HCl或NH4.H2O調(diào)節(jié)A溶液的pH為1，將NaS.9H20溶于去離子水中，配制成濃度為0.lmol/L 的溶液 B ；
[0021]2)將A、B兩種溶液按照元素摩爾比nsn:ns= 1.0:2.0的比例混合得到溶液C，在26°C下磁力攪拌lOmin，形成均勾穩(wěn)定的混合溶液D ；
[0022]3)將D溶液放入均相水熱反應(yīng)爸中，密封水熱爸，控制體積填充比為50%，反應(yīng)溫度控制在120°C，反應(yīng)時間控制在Sh后關(guān)閉電源；
[0023]4)待反應(yīng)釜冷卻后，取出前驅(qū)體，經(jīng)離心洗滌分離，用去離子水洗滌3次，再用無水乙醇洗滌3次得到黃褐色前驅(qū)體，在60°C下干燥2h即得到納米片狀SnS2鈉離子電池負(fù)極材料。
[0024]所述納米片狀SnSjR離子電池負(fù)極材料在100mA/g的電流密度下，首次放電容量達(dá)到745mAh/g，循環(huán)100次后，容量保持在560mAh/g。
[0025]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0026]本發(fā)明制備的SnSjR離子電池負(fù)極材料為納米片狀結(jié)構(gòu)組成的大顆粒粉體，其制備成本低、充放電性能優(yōu)異，在100mA/g的電流密度下，其首次放電容量可達(dá)到745mAh/g，循環(huán)100次后，容量保持在560mAh/g。
[0027]與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明所采用均相水熱技術(shù)由于支架的旋轉(zhuǎn)使得水熱反應(yīng)釜中的介質(zhì)得到充分的攪拌，因而反應(yīng)速度快，反應(yīng)充分徹底，產(chǎn)物結(jié)晶性強(qiáng)、形貌特殊、晶粒生長可控且尺寸分布均勻、分散性好，它消除了傳統(tǒng)加熱方式的熱量損失，具有加熱速度快、加熱均勻無溫度梯度、無滯后效應(yīng)等特點(diǎn)。
[0028]本發(fā)明制備納米片狀