[發明專利]一種鈉離子電池二硫化鎢/碳納米管負極復合材料的制備方法有效

申請號：	201610269270.1	申請日：	2016-04-27
公開（公告）號：	CN105870417B	公開（公告）日：	2018-02-23
發明（設計）人：	張治安;李軍明;史曉東;賴延清;張凱;李劼	申請（專利權）人：	中南大學
主分類號：	H01M4/36	分類號：	H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
代理公司：	長沙市融智專利事務所43114	代理人：	魏娟
地址：	410083 湖南***	國省代碼：	湖南;43
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種鈉離子電池硫化納米負極復合材料制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種鈉離子電池負極材料及其制備方法，屬于鈉離子電池領域。

背景技術

鋰離子電池作為一種占據社會主導地位的電化學儲能器件，已經在便攜式電子產品(筆記本電腦，智能移動裝備，平板電腦等)、電動汽車和即插式混合動力電動車中取得了良好的應用前景。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等限制因素的存在，鋰離子電池的大規模商業化應用面臨著嚴峻的考驗。這就意味著研究開發可大規模商業化，產業化應用的電池體系勢在必行。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性質，同時，鈉離子電池由于鈉資源蘊藏量豐富、環境友好受到了廣泛關注，鈉離子電池的研究開發在一定程度上可緩和因鋰資源短缺引發的電池發展受限問題，被認為是替代鋰離子電池作為下一代電動汽車動力電源及大規模儲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，目前鈉離子電池發展面臨的最大挑戰在于電極材料體系的研究開發。

過去的幾十年時間里，科研工作者對鈉離子電池的正極材料開展了廣泛研究，但對鈉離子電池負極材料的研究仍處于起步階段。在現有的負極材料體系中，碳材料擁有良好的循環穩定性，但其質量比容量較低(小于300mA hg^-1)，不能滿足高比容量鈉離子電池商業化應用的要求。大量研究結果表明，過渡金屬硫化物在超導體、紅外光電器件、鋰離子電池負極材料和太陽能電池等領域得到廣泛的應用，而二硫化鎢由于其具有和石墨烯類似的層狀結構，合成工藝簡單，更是引起了科學工作者的廣泛關注。同時，二硫化鎢作為鈉離子電池負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程中會產生嚴重的體積膨脹，從而極大地降低了它作為電極材料的循環穩定性。因此如何提高二硫化鎢的倍率性能和循環穩定性能，成了二硫化鎢作為鈉離子電池負極材料研究的關鍵問題。

發明內容

本發明提供了一種工藝簡單、原料成本低、重復性好、可操作性強、有利于工業化大規模生產，得到的產品具有高充放電比容量、良好倍率性能和循環穩定性能的鈉離子電池的二硫化鎢/碳納米管負極復合材料的制備方法。

通過由本發明由上述方法所得到的用于鈉離子電池的二硫化鎢/碳納米管負極復合材料復合材料，該復合材料是由二硫化鎢納米片均勻包覆在碳納米管上構成的復合結構。

本發明的方法：包括以下步驟：

(1)將鎢源與碳納米管分別置于雙溫區管式爐的上風區和下風區加熱，得到氧化鎢/碳納米管前驅體；所述的上風區溫度為800～1000℃，所述的下風區溫度50～150℃。

(2)將單質硫、還原劑與上述(1)步所得的復合物充分攪拌后進行水熱反應；水熱反應溫度：180～250℃；

(3)將(2)步所得到的水熱反應產物經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/碳納米管負極復合材料，其中，煅燒溫度為250～350℃。

本發明的制備二硫化鎢/碳納米管負極復合材料的方法還包括以下優選方案：

優選的方案中在雙溫區管式爐中加熱是將碳納米管置于下風區，流動惰性氣體氛圍下，以1～10℃/min升至50～100℃，將鎢源置于上風區，待下風區溫度升至設定值時，以10～20℃/min的升溫速率升至900～1000℃，保溫60～120min，氣體流速30～70sccm。

優選的方案中水熱反應時間控制在18～36h，更優選24～36h。

本發明優選的方案中在馬弗爐中煅燒是將水熱產物在氬氣中以1～10℃/min的升溫速率升至250～350℃，保溫30～120min，更優選保溫30～120min。

優選的方案中鎢源與碳納米管的質量比為5:1～20:1，更優選10:1～20:1。