一種鈉離子電池二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】一種鈉離子電池二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料的制備方法，首先將鎢源與碳納米管分別置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)和下風(fēng)區(qū)加熱，鎢源在高溫下分解沉積到碳納米管上，得到氧化鎢/碳納米管復(fù)合物，然后將其與單質(zhì)硫、還原劑放入水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，將反應(yīng)沉淀物用去離子水和無(wú)水乙醇抽濾、洗滌、干燥，煅燒，即得到高純度二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。該方法制備的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料，二硫化鎢納米片均勻的分布在碳納米管上，作為鈉離子電池負(fù)極材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，且其制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種鈉離子電池二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種鈉離子電池負(fù)極材料及其制備方法，屬于鈉離子電池領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池作為一種占據(jù)社會(huì)主導(dǎo)地位的電化學(xué)儲(chǔ)能器件，已經(jīng)在便攜式電子產(chǎn)品(筆記本電腦，智能移動(dòng)裝備，平板電腦等)、電動(dòng)汽車和即插式混合動(dòng)力電動(dòng)車中取得了良好的應(yīng)用前景。然而，由于金屬鋰資源的匱乏以及鋰離子電池高昂的成本造價(jià)等限制因素的存在，鋰離子電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。這就意味著研究開(kāi)發(fā)可大規(guī)模商業(yè)化，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的電池體系勢(shì)在必行。金屬鈉與鋰在元素周期表中處于同一主族，它有著與金屬鋰類似的物理化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)，鈉離子電池由于鈉資源蘊(yùn)藏量豐富、環(huán)境友好受到了廣泛關(guān)注，鈉離子電池的研究開(kāi)發(fā)在一定程度上可緩和因鋰資源短缺引發(fā)的電池發(fā)展受限問(wèn)題，被認(rèn)為是替代鋰離子電池作為下一代電動(dòng)汽車動(dòng)力電源及大規(guī)模儲(chǔ)能電站配備電源的理想選擇。然而，鈉離子電池也面臨著許多問(wèn)題，例如鈉離子的離子半徑要比鋰離子的離子半徑大55%，使得鈉離子在電極材料中嵌入與脫出比鋰離子更加困難。因此，目前鈉離子電池發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)在于電極材料體系的研究開(kāi)發(fā)。
[0003]過(guò)去的幾十年時(shí)間里，科研工作者對(duì)鈉離子電池的正極材料開(kāi)展了廣泛研究，但對(duì)鈉離子電池負(fù)極材料的研究仍處于起步階段。在現(xiàn)有的負(fù)極材料體系中，碳材料擁有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，但其質(zhì)量比容量較低(小于300mAhg—O，不能滿足高比容量鈉離子電池商業(yè)化應(yīng)用的要求。大量研究結(jié)果表明，過(guò)渡金屬硫化物在超導(dǎo)體、紅外光電器件、鋰離子電池負(fù)極材料和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，而二硫化鎢由于其具有和石墨烯類似的層狀結(jié)構(gòu)，合成工藝簡(jiǎn)單，更是引起了科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。同時(shí)，二硫化鎢作為鈉離子電池負(fù)極材料也具有較高的初始比容量，但是由于它本身電子/離子電導(dǎo)率較低，從而降低了它作為電極材料的倍率性能;此外，由于它在脫嵌鈉離子過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的體積膨脹，從而極大地降低了它作為電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。因此如何提高二硫化鎢的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能，成了二硫化鎢作為鈉離子電池負(fù)極材料研究的關(guān)鍵問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供了一種工藝簡(jiǎn)單、原料成本低、重復(fù)性好、可操作性強(qiáng)、有利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，得到的產(chǎn)品具有高充放電比容量、良好倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能的鈉離子電池的二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料的制備方法。
[0005]通過(guò)由本發(fā)明由上述方法所得到的用于鈉離子電池的二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料復(fù)合材料，該復(fù)合材料是由二硫化鎢納米片均勻包覆在碳納米管上構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明的方法:包括以下步驟:
[0007](I)將鎢源與碳納米管分別置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)和下風(fēng)區(qū)加熱，得到氧化鎢/碳納米管前驅(qū)體;所述的上風(fēng)區(qū)溫度為800?1000°C，所述的下風(fēng)區(qū)溫度50?150°C。
[0008](2)將單質(zhì)硫、還原劑與上述(I)步所得的復(fù)合物充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行水熱反應(yīng);水熱反應(yīng)溫度:180?250°C;
[0009](3)將(2)步所得到的水熱反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)煅燒除去硫即得到二硫化鎢納米片均勻包覆在碳納米管的鈉離子電池二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料，其中，煅燒溫度為250?350Γ。
[0010]本發(fā)明的制備二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料的方法還包括以下優(yōu)選方案:
[0011]優(yōu)選的方案中在雙溫區(qū)管式爐中加熱是將碳納米管置于下風(fēng)區(qū)，流動(dòng)惰性氣體氛圍下，以I?10°C/min升至50?100°C，將鎢源置于上風(fēng)區(qū)，待下風(fēng)區(qū)溫度升至設(shè)定值時(shí)，以10?20°C/min的升溫速率升至900?1000°C，保溫60?120min，氣體流速30?70sccm。
[0012]優(yōu)選的方案中水熱反應(yīng)時(shí)間控制在18?36h，更優(yōu)選24?36h。
[0013]本發(fā)明優(yōu)選的方案中在馬弗爐中煅燒是將水熱產(chǎn)物在氬氣中以I?10°C/min的升溫速率升至250?350°C，保溫30?120min，更優(yōu)選保溫30?120min。
[0014]優(yōu)選的方案中鎢源與碳納米管的質(zhì)量比為5:1?20:1，更優(yōu)選10:1?20:1。
[0015]優(yōu)選的方案中硫粉與氧化鎢/碳納米管復(fù)合物的質(zhì)量比為3:1?10:1，更優(yōu)選為5:1 ?10:1。
[0016]優(yōu)選的方案中氧化鎢/碳納米管復(fù)合物懸浮液的濃度為I?3g/L。
[0017]優(yōu)選的方案中硫源與氧化鎢/碳納米管復(fù)合物懸浮液超聲的時(shí)間為2?5h。
[0018]進(jìn)一步優(yōu)選的方案中鎢源為磷鎢酸銨或者鎢酸銨。
[0019 ]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)本發(fā)明的方法制備出的二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料具有良好高充放電比容量、良好倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能
[°02°] 本發(fā)明所述的復(fù)合材料的直徑50?800nm，二硫化媽納米片的厚度為5?15nm。
[0021]優(yōu)選的方案中二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料中，二硫化鎢的質(zhì)量百分含量為50?80%。
[0022]本發(fā)明具體的制備方法是將鎢源與碳納米管分別置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)和下風(fēng)區(qū)加熱，得到氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料前驅(qū)體;隨后將過(guò)量單質(zhì)硫、還原劑與上述所得的復(fù)合材料前驅(qū)體充分?jǐn)嚢韬笤?80?250°C下進(jìn)行水熱反應(yīng);最后將所得到的水熱反應(yīng)產(chǎn)物置于馬弗爐中低溫煅燒除去硫即得到高純度鈉離子電池二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料。
[0023]最優(yōu)選的方案是將質(zhì)量比為10:1?20:1的磷鎢酸胺和碳納米管分別置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)和下風(fēng)區(qū)，待下風(fēng)區(qū)溫度升至50?100°C后，上風(fēng)區(qū)以10?20°C/min的速度升至900?1000°C，保溫60?120min。隨后將硫粉與上述下風(fēng)區(qū)產(chǎn)物按照5:1-10:1的質(zhì)量比分散在體積比為I: I的辛胺、酒精溶液中，置于水熱釜中在200?2500C下反應(yīng)24?36h。最后將上述水熱反應(yīng)產(chǎn)物置于馬弗爐中，250?350°C下煅燒保溫60?120min。即得到高純度的鈉離子電池二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料。
[0024]本發(fā)明制得的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料制備負(fù)極:將二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料與導(dǎo)電炭黑和海藻酸鈉粘結(jié)劑按照8:1:1的質(zhì)量比例進(jìn)行研磨，充分混合后加入去離子水形成均勻的糊狀物，涂覆在銅箔上作為測(cè)試電極，以金屬鈉作為對(duì)電極制成扣式電池，其電解液為IM NaC104/EC:DMC(l:l)+5wt.%FEC，測(cè)試循環(huán)性能所用充放電電流密度為200mA/go
[0025]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
[0026]本發(fā)明的制備二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料方法操作簡(jiǎn)單可靠，重復(fù)性好、可操作性強(qiáng)、環(huán)境友好、成本低廉，，所得產(chǎn)物純度高，具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。發(fā)明人通過(guò)鎢源與碳納米管分別置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)和下風(fēng)區(qū)加熱先制備出氧化鎢/碳納米管前驅(qū)體，然后再經(jīng)水熱法進(jìn)行硫化，能夠使二硫化鎢納米片更加均勻的包覆在碳納米管表面，同時(shí)獲得的復(fù)合材料一致性也更好，且通過(guò)以上方式能夠更好地控制產(chǎn)物的形貌，重復(fù)性好，適合工業(yè)化生產(chǎn)。另外，發(fā)明人在研究制備氧化鎢/碳納米管前驅(qū)體時(shí)，開(kāi)始使用的是單溫區(qū)管式爐，鎢源置于管式爐加熱區(qū)中心，碳納米管置于下風(fēng)區(qū)，卻發(fā)現(xiàn)后續(xù)生成二硫化鎢納米片較少，不利于復(fù)合材料的制備，通過(guò)進(jìn)一步的改進(jìn)使用了雙溫區(qū)管式爐并控制上、下風(fēng)區(qū)的溫度發(fā)現(xiàn)本發(fā)明所得復(fù)合材料可均勻附著生長(zhǎng)。由本發(fā)明的方法所制得的復(fù)合材料，二硫化鎢納米片形狀規(guī)則均勻，碳納米管作為基體材料，不僅有效地增加了復(fù)合材料體系的反應(yīng)活性位，提高了電極材料的電子/離子電導(dǎo)率，而且在很大程度上緩解了二硫化鎢在脫嵌鈉離子過(guò)程中產(chǎn)生的體積變化。由本發(fā)明方法所得的復(fù)合材料在保證高比容量的前提下，明顯改善了電極材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能，可制備得到具有具有高放電比容量、優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能的鈉離子電池。
【附圖說(shuō)明】
[0027]【圖1】為實(shí)施例1制得的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料的X射線衍射圖譜(XRD);
[0028]【圖2】為實(shí)施例1制得的氧化鎢/碳納米管前驅(qū)體的掃描電鏡圖(SEM);
[0029]【圖3】為實(shí)施例1制得的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料的掃描電鏡圖(SEM);【圖4】為實(shí)施例1制得的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料組裝的鈉離子電池的恒流充放電性能圖；
[0030]【圖5】為實(shí)施例1制得的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料組裝的鈉離子電池的倍率性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下實(shí)施例旨在對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明；而本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍不受實(shí)施例限制。
[0032]實(shí)施例1
[0033]首先取2g磷鎢酸胺置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)，取0.2g碳納米管置于下風(fēng)區(qū)，控制惰性氣體流速為50sccm，下風(fēng)區(qū)以10°C/min的速率升至50°C，當(dāng)溫度升至額定溫度后，上風(fēng)區(qū)以10°C/min的速率升至900°C，保溫120min，下風(fēng)區(qū)的產(chǎn)物即為氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料與2.5g硫粉，加入200ml體積比為1:1的辛胺、酒精混合液，超聲5h，隨后置于60ml水熱反應(yīng)釜中，在250°C條件下水熱反應(yīng)24h，然后將水熱反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，洗滌，真空干燥后得到高純度的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g上述產(chǎn)物，置于馬弗爐中，以5°C/min的速率升至300°C保溫2h，即可得到高純度的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。
[0034]采用本實(shí)施例制備的鈉離子電池復(fù)合負(fù)極材料與鈉片組裝成扣式電池，其材料表征和電化學(xué)性能如附圖所示:
[0035]圖1中可看出二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料中各衍射峰的位置和相對(duì)強(qiáng)度均與JCroS(粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì))卡片(08-0237)相吻合，表明產(chǎn)物為六方方晶系的二硫化媽晶體。
[0036]圖2中可看出氧化鎢均勻沉積在碳納米管表面。
[0037]圖3中可看出氧化鎢/碳納米管復(fù)合物硫化后二硫化鎢納米片均勻附著在碳納米管表面，復(fù)合材料的直徑約50?500nm，二硫化鎢納米片的厚度約為5-15nm。
[0038]圖4中表明采用二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料制成的電極，在室溫下在200mA/g恒流放電時(shí)，循環(huán)100圈比容量仍可保持在290mA h/g;表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能。
[0039]圖5中表明采用二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料制成的電極相應(yīng)的電池在不同放電倍率下的倍率性能圖，可以發(fā)現(xiàn)該復(fù)合材料具有優(yōu)良的倍率性能，在大倍率2000mA/g下，容量仍可保持在200mA h/g，當(dāng)電流密度由大電流慢慢回到100mA/g后容量又恢復(fù)到305mA h/g°
[0040]實(shí)施例2
[0041]首先取3g磷鎢酸胺置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)，取0.2g碳納米管置于下風(fēng)區(qū)，控制惰性氣體流速為50sccm，下風(fēng)區(qū)以10°C/min的速率升至50°C，當(dāng)溫度升至額定溫度后，上風(fēng)區(qū)以10°C/min的速率升至900°C，保溫120min，下風(fēng)區(qū)的產(chǎn)物即為氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料與4g硫粉，加入200ml體積比為1:1的辛胺、酒精混合液，超聲5h，隨后置于60ml水熱反應(yīng)釜中，在250°C條件下水熱反應(yīng)24h，然后將水熱反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，洗滌，真空干燥后得到高純度的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g上述產(chǎn)物，置于馬弗爐中，以5°C/min的速率升至300°C保溫2h，即可得到高純度的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。復(fù)合材料的直徑約為100?500nm，二硫化媽納米片的厚度約為5?1nm0
[0042]采用本實(shí)施例制備的鈉離子電池負(fù)極復(fù)合材料與鈉片組裝成扣式電池，在200mA/g的恒流放電密度下，循環(huán)100圈放電比容量仍可保持在265mAh/g。
[0043]實(shí)施例3
[0044]首先取4g磷鎢酸胺置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)，取0.2g碳納米管置于下風(fēng)區(qū)，控制惰性氣體流速為50sccm，下風(fēng)區(qū)以10°C/min的速率升至50°C，當(dāng)溫度升至額定溫度后，上風(fēng)區(qū)以10°C/min的速率升至900°C，保溫120min，下風(fēng)區(qū)的產(chǎn)物即為氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g氧化媽/碳納米管復(fù)合材料與5g硫粉，加入200ml體積比為1:1的辛胺、酒精混合液，超聲5h，隨后置于60ml水熱反應(yīng)釜中，在250°C條件下水熱反應(yīng)24h，然后將水熱反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，洗滌，真空干燥后得到高純度的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g上述產(chǎn)物，置于馬弗爐中，以5°C/min的速率升至300°C保溫2h，即可得到高純度的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。復(fù)合材料的直徑約為50?600nm，二硫化媽納米片的厚度約為5?15nm。
[0045]采用本實(shí)施例制備的鈉離子電池負(fù)極復(fù)合材料與鈉片組裝成扣式電池，在200mA/g的恒流放電密度下，循環(huán)100圈放電比容量仍可保持在260mAh/g。
[0046]實(shí)施例4
[0047]首先取2g磷鎢酸胺置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)，取0.2g碳納米管置于下風(fēng)區(qū)，控制惰性氣體流速為70sccm，下風(fēng)區(qū)以10°C/min的速率升至50°C，當(dāng)溫度升至額定溫度后，上風(fēng)區(qū)以10°C/min的速率升至900°C，保溫120min，下風(fēng)區(qū)的產(chǎn)物即為氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料與2.5g硫粉，加入200ml體積比為1:1的辛胺、酒精混合液，超聲5h，隨后置于60ml水熱反應(yīng)釜中，在250°C條件下水熱反應(yīng)36h，然后將水熱反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，洗滌，真空干燥后得到高純度的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g上述產(chǎn)物，置于馬弗爐中，以5°C/min的速率升至300°C保溫2h，即可得到高純度的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。復(fù)合材料的直徑約為70?600nm，二硫化媽納米片的厚度約為10?15nm。
[0048]采用本實(shí)施例制備的鈉離子電池負(fù)極復(fù)合材料與鈉片組裝成扣式電池，在200mA/g的恒流放電密度下，循環(huán)100圈放電比容量仍可保持在275mAh/g。
[0049]實(shí)施例5
[0050]首先取2g磷鎢酸胺置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)，取0.2g碳納米管置于下風(fēng)區(qū)，控制惰性氣體流速為70sccm，下風(fēng)區(qū)以10°C/min的速率升至50°C，當(dāng)溫度升至額定溫度后，上風(fēng)區(qū)以20°C/min的速率升至1000°C，保溫120min，下風(fēng)區(qū)的產(chǎn)物即為氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料與2.5g硫粉，加入200ml體積比為1:1的辛胺、酒精混合液，超聲5h，隨后置于60ml水熱反應(yīng)釜中，在250°C條件下水熱反應(yīng)36h，然后將水熱反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，洗滌，真空干燥后得到高純度的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g上述產(chǎn)物，置于馬弗爐中，以5°C/min的速率升至300°C保溫2h，即可得到高純度的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。復(fù)合材料的直徑約為500?550nm，二硫化媽納米片的厚度約為5?12nm。[0051 ]采用本實(shí)施例制備的鈉離子電池負(fù)極復(fù)合材料與鈉片組裝成扣式電池，在200mA/g的恒流放電密度下，循環(huán)100圈放電比容量仍可保持在280mAh/g。
[0052]實(shí)施例6
[0053]首先取2g磷鎢酸胺置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)，取0.2g碳納米管置于下風(fēng)區(qū)，控制惰性氣體流速為70sccm，下風(fēng)區(qū)以10°C/min的速率升至50°C，當(dāng)溫度升至額定溫度后，上風(fēng)區(qū)以10°C/min的速率升至1000°C，保溫60min，下風(fēng)區(qū)的產(chǎn)物即為氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料與2.5g硫粉，加入200ml體積比為1:1的辛胺、酒精混合液，超聲5h，隨后置于60ml水熱反應(yīng)釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)36h，然后將水熱反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，洗滌，真空干燥后得到二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g上述產(chǎn)物，置于馬弗爐中，以5°C/min的速率升至300°C保溫2h，即可得到高純度的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。復(fù)合材料的直徑約為60?600nm，二硫化媽納米片的厚度約為7?13nm。
[0054]采用本實(shí)施例制備的鈉離子電池負(fù)極復(fù)合材料與鈉片組裝成扣式電池，在200mA/g的恒流放電密度下，循環(huán)100圈放電比容量仍可保持在255mAh/g。
[0055]對(duì)比例I
[0056]首先取3g磷鎢酸胺置于單溫式管式爐的中央，取0.2g碳納米管置于單溫式管式爐的下風(fēng)區(qū)，控制惰性氣體流速為50sccm，以10°C/min的速率升至900°C，保溫120min，下風(fēng)區(qū)的產(chǎn)物即為氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料與4g硫粉，加入200ml體積比為1:1的辛胺、酒精混合液，超聲5h，隨后置于60ml水熱反應(yīng)釜中，在250°C條件下水熱反應(yīng)24h，然后將水熱反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，洗滌，真空干燥后得到含有硫單質(zhì)的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。取0.5g上述產(chǎn)物，置于馬弗爐中，以5°C/min的速率升至300°C保溫2h，得到二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料。經(jīng)熱重分析，復(fù)合物中二硫化鎢的負(fù)載量?jī)H為20 %。
[0057]采用本實(shí)施例制備的鈉離子電池負(fù)極復(fù)合材料與鈉片組裝成扣式電池，在200mA/g的恒流放電密度下，循環(huán)100圈放電比容量?jī)H為160mAh/g。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將鎢源與碳納米管分別置于雙溫區(qū)管式爐的上風(fēng)區(qū)和下風(fēng)區(qū)加熱，得到氧化鎢/碳納米管復(fù)合材料前驅(qū)體;其中所述上風(fēng)區(qū)溫度為800?100tC，下風(fēng)區(qū)溫度50?150°C; (2)將上述(I)步所得的所述前驅(qū)體與硫粉、還原劑充分?jǐn)嚢璺稚⒑筮M(jìn)行水熱反應(yīng);水熱溫度為180?250°C; (3)將上述水熱反應(yīng)得到的產(chǎn)物經(jīng)抽濾、洗滌、干燥后煅燒即可得到二硫化鎢納米片均勻包覆在碳納米管的二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料;其中所述的煅燒溫度為250?350Γ。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中鎢源與碳納米管的質(zhì)量比為5:1?20:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備二硫化鎢/碳納米管負(fù)極復(fù)合材料的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中硫粉與氧化鎢/碳納米管復(fù)合物的質(zhì)量比為3:1?10:1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，雙溫區(qū)管式爐中加熱是將碳納米管置于下風(fēng)區(qū)，流動(dòng)惰性氣體氛圍下，以I?10°C/min升至50?100°C，將鎢源置于上風(fēng)區(qū)，待下風(fēng)區(qū)溫度升至設(shè)定值時(shí)，以10?20 °C/min的升溫速率升至900?1000°C，保溫60?120min，氣體流速30?70sccm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(2)中水熱反應(yīng)時(shí)間18?36h ；所述的步驟(3)步中，煅燒時(shí)間30?120min。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于:所述的鎢源為磷鎢酸胺、鎢酸銨、仲鎢酸銨、伯鎢酸銨中的一種或幾種。7.根據(jù)權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于:所述的還原劑為辛胺、乙二胺、水合肼中的一種或幾種。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的制備方法，其特征在于:所述的復(fù)合材料直徑為50-800nm，二硫化媽納米片的厚度為5-15nm09.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的制備方法，其特征在于:所述的二硫化鎢/碳納米管復(fù)合材料中，二硫化鎢所占質(zhì)量百分含量為50?80%。
【文檔編號(hào)】H01M4/62GK105870417SQ201610269270
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】張治安, 李軍明, 史曉東, 賴延清, 張凱, 李劼
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)