[發(fā)明專利]一種塊狀NiS2的制備方法及其在鈉離子電池中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610239755.6
• 申請(qǐng)日: 2016-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105883940B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉軍;朱坤杰;楊浩然;王浩;何鵬輝;謝天
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G53/11
• 分類號(hào): C01G53/11;H01M4/58;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所43114
• 代理人: 魏娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種塊狀NiS₂的制備方法及應(yīng)用，特別涉及一種塊狀NiS₂作為負(fù)極材料在鈉離子電池中的應(yīng)用；屬于鈉離子電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，人口、糧食、能源、資源和環(huán)境是人們公認(rèn)的世界五大難題，其中，能源問(wèn)題是人們不得不立即考慮解決的最重要的難題的。隨著人類對(duì)能源的需求量不斷增加，化石能源由于在地球上的含量有限，而且不可再生且對(duì)環(huán)境污染，已不能滿足人類的需要。于是人類可是探尋各種各樣的清潔能源，比如已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的鋰離子電池。但是作為鋰離子電池材料的鋰資源并不能滿足除了優(yōu)異的電化學(xué)性能之外的資源豐富、成本低廉的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等要求。這種情況下，與鋰同主族的有相似理化性質(zhì)的鈉受到了人們的青睞，并且鈉離子電池與鋰離子電池的充放電原理基本一致。

由鈉離子電池的充放電原理我們可以得出，限制鈉離子電池大規(guī)模商業(yè)化的瓶頸是目前未找到適于鈉離子穩(wěn)定脫嵌的正負(fù)極材料。在正極材料方面，研究較多的主要為層狀材料Na_xMO₂和聚陰離子材料等；在負(fù)極材料方面主要為碳材料等嵌入類、錫和磷等合金類材料及氧化物或硫化物等轉(zhuǎn)化類材料(Xingde Xiang,Kai Zhang,Jun Chen.[J].Advanced Materials,2015,27(36).)。近年來(lái)，人們隨著對(duì)鈉離子電池研究的深入，作為負(fù)極材料的硫化物越來(lái)越受到人們的關(guān)注。文獻(xiàn)報(bào)道的2D材料MoS₂在1000mA/g的電流密度下經(jīng)過(guò)100次的循環(huán)充放電之后容量可以達(dá)到484mAh/g(Zhu C,Mu X,van Aken P A,et al.Angew.Chem.Int.Ed.2014,53:2152-2156)。Zhe Hu等人報(bào)道的球型FeS₂作為鈉離子負(fù)極材料在1A/g的電流密度下經(jīng)過(guò)20000次的循環(huán)之后可以仍然可以達(dá)到200mAh/g(Hu Z,Zhu Z,Cheng F,et al.[J].Energy&Environmental Science,2015,8(4):1309-1316.)。 Zulipiya Shadike等人報(bào)道的鈉離子負(fù)極材料CoS₂與碳納米管復(fù)合材料在100mA/g的電流密度下經(jīng)過(guò)100次循環(huán)充放電之后仍然可以達(dá)到631mAh/g的比容量(Shadike Z,Cao M H,Ding F,et al.[J].Chemical Communications,2015,51(52):10486-10489.)。

綜上所述，硫化物作為鈉離子負(fù)極材料由于其優(yōu)異的電化學(xué)性能吸引了人們極大的興趣，但是到目前為止，并沒(méi)有關(guān)于NiS₂作為鈉離子電池負(fù)極材料的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是在于提供一種制備由高純度NiS₂納米球狀小顆粒構(gòu)成的塊狀NiS₂材料的方法，該方法簡(jiǎn)單、流程短、低成本，滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供所述的塊狀NiS₂的應(yīng)用，將其作為鈉離子電池負(fù)極材料，使鈉離子電池表現(xiàn)出比容量高及循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的電化學(xué)性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種塊狀NiS₂的制備方法，該制備方法是將2-甲基咪唑醇溶液加入到鎳鹽醇溶液中混合均勻后，靜置，離心分離、干燥，得到鎳前驅(qū)體；所述鎳前驅(qū)體與硫粉通過(guò)研磨混合后，置于真空環(huán)境中，在400～800℃溫度下進(jìn)行熱處理，即得。

優(yōu)選的方案，2-甲基咪唑醇溶液中2-甲基咪唑與鎳鹽醇溶液中鎳離子的摩爾比為2～6:1。

較優(yōu)選的方案，2-甲基咪唑醇溶液濃度為0.3～1mol/L。

較優(yōu)選的方案，鎳鹽醇溶液中鎳鹽的濃度為0.1～0.3mol/L。

較優(yōu)選的方案，2-甲基咪唑醇溶液和鎳鹽醇溶液中采用的溶劑為甲醇。

優(yōu)選的方案，靜置在室溫條件下進(jìn)行，靜置時(shí)間為12～24h。

優(yōu)選的方案，研磨混合時(shí)間為10～60min。

優(yōu)選的方案，熱處理時(shí)間為1～6h。

優(yōu)選的方案，鎳鹽為硝酸鎳和/或氯化鎳。

優(yōu)選的方案，鎳前驅(qū)體與硫粉的質(zhì)量比為1～3:1。

較優(yōu)選的方案，塊狀NiS₂由NiS₂納米顆粒堆積構(gòu)成。