[發明專利]一種鈉離子電池負極材料二硫化鉍鈉納米顆粒及制備方法

有效

• 申請號: 201310524153.1
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103553129A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 費海龍;劉鑫
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00;B82Y30/00;H01M4/58
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于電池負極材料制備領域，具體涉及一種鈉離子電池負極材料二硫化鉍鈉納米顆粒及制備方法。

背景技術

鈉離子電池因鈉資源豐富、分布廣和成本低，鈉離子電池較低的工作電壓會增強無水電池中電解液的穩定性和安全性，引起人們的廣范關注。由于商業化的鋰離子電池負極材料石墨不能可逆脫嵌鈉離子，不適合作為鈉離子電池的負極材料。因此，尋找合適的鈉離子電池負極材料成為材料科學研究的熱點。

鈉離子電池因為鈉離子較大的半徑，通常導致電化學反應過程中鈉離子擴散速度慢，難插入和脫嵌于負極材料，插層后晶體結構重排，故鈉離子電池材料存在容量低、循環穩定性差，不能進行大倍率充放電，穩定循環的放電比容量為200?mAhg^-1?左右。這一類電池材料主要有Na₂Ti₃O₇?[P.?Senguttuvan,?G.?Rousse,V.?Seznec,?J.M.?Tarascon,?M.?R.?Palacín,?Chem.?Mater.?23?(2011)?4109.]，碳材料：如還原型石墨烯[Y.X.?Wang,?S.L.?Chou,?H.K.?Liu,?S.X.?Dou,?Carbon,?202?(2013)?57.]和Na₃Ti₂(PO₄)₃[P.?Senguttuvan,?G.?Rousse,?M.E.?Arroyo?y?de?Dompablo,?H.?Vezin,?J.M.?Tarascon，M.?R.?Palacín,?J.?Am.?Chem.?Soc.?135?(2013)?3897.]等等。過渡金屬氧化物作為鈉離子負極材料，顯著的提高負極材料的放電比容量，SnO₂納米八面體在20?mAhg^-1的電流密度下放電，放電比容量達到420?mAhg^-1[D.?Su?,?C.?Wang?,?G.?Wang,?Phys.?Chem.?Chem.?Phys.?15?(2013)?12543-50.]。到目前為止，金屬銻Sb作為負極，展現很好的循環穩定性和較高的放電比容量，穩定循環160次的放電比容量達到600?mAhg^-1,?庫倫效率達到99%[A.?Darwiche,?C.?Marino,?M.T.?Sougrati,?B.?Fraisse,?L.?Stieva,?L.?Monconduit,?J.?Am.?Chem.?Soc.?134?(2012)?20805.]。但銻元素有毒，限制了其應用。因此，尋找新型環保、高容量和循環穩定的鈉離子電池負極材料勢在必行。盡管二硫化鉍鈉具有廉價、環保和無毒的優點。但是有關二硫化鉍鈉的合成和應用報道極少，未見其在電池電極材料方面的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈉離子電池負極材料二硫化鉍鈉納米顆粒及制備方法，工藝簡單，重復性好，產率高；合成條件溫和，成本低；所制備的電極材料比容量高。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

通過溶劑熱法處理二硫化碳、硝酸鉍和氫氧化鈉制得直徑為100-150nm的二硫化鉍鈉納米顆粒，其化學式為：NaBiS₂。

制備方法包括以下步驟：

（1）將氫氧化鈉溶于二硫化碳和無水乙醇的混合溶劑中；

（2）磁力攪拌下，將硝酸鉍加入到步驟（1）的混合溶液中，繼續攪拌2小時；

（3）將步驟（2）的溶液移入反應釜中，密封，在120-200℃下反應2-200?h，過濾，用大量去離子水和無水乙醇洗滌后，60?℃干燥12?h，得到NaBiS₂納米顆粒。

二硫化碳和無水乙醇的混合溶劑中二硫化碳和無水乙醇的體積比為1：30-1：15。

氫氧化鈉和硝酸鉍的摩爾比為10:1-5:1。

NaBiS₂納米顆粒作為鈉離子電池的負極材料的活性組分，導電劑是超純碳，粘結劑是聚偏氟乙烯，三者的質量比為7:2:1；電解質是1?M?高氯酸鈉的碳酸丙稀酯溶液；電池殼為CR2025型號，集流體為銅片，隔膜為玻璃纖維膜；金屬鈉片作為正極，電池在氬氣保護下組裝完成。