[發(fā)明專利]一種鈉離子電池石墨烯/Sb2S3/碳復(fù)合材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710307717.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-04
• 公開（公告）號(hào): CN107195877A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏洋;潘珍珍;張亞博;牟文生;郝曉鳳;孫同睿;于淇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心21200
• 代理人: 溫福雪,侯明遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鈉離子電池石墨烯/Sb₂S₃/碳復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)能量的需求越來越多，而石油天然氣等不可再生能源正在變得枯竭，出現(xiàn)的新型能源(風(fēng)能、太陽能)又是不連續(xù)的，因此需要儲(chǔ)能器件來儲(chǔ)存能量。人們對(duì)于電池的研究越來越多，鋰離子電池已經(jīng)得到商業(yè)化，并廣泛應(yīng)用于手機(jī)，電腦等便攜式產(chǎn)品中。社會(huì)的快速發(fā)展也使得人們對(duì)鋰離子電池的需求越來越大，因此也對(duì)鋰離子電池的性能要求越來越高,既要保證良好的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性，又要滿足在大規(guī)摸應(yīng)用時(shí)尤其是在大電流充放電時(shí)具有良好的倍率性能。但是鋰資源在地球上的分布并不均勻，并且鋰的價(jià)格正在上升，使鋰離子電池成本升高。而與鋰處于同一主族的鈉和鋰具有相似的理化性質(zhì)，并且鈉資源豐富，分布廣泛，價(jià)格比較低，因此,鈉離子電池的原料價(jià)格遠(yuǎn)低于鋰離子電池的材料。綜上所述，開發(fā)鈉離子電池用以作為鋰離子電池的潛在補(bǔ)充方案非常合理而極具可行性，因而受到了人們的廣泛關(guān)注。

鈉離子電池不能商業(yè)化的原因之一就是負(fù)極材料不能提供較好的循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性能，由于鈉離子半徑大于鋰離子半徑，傳統(tǒng)商品化的鋰離子負(fù)極材料石墨層間距過小，并不適合鈉離子的嵌入和脫出，需要具有更大層間距或孔隙的碳材料及合金等其它儲(chǔ)鈉材料。目前，有希望儲(chǔ)鈉的負(fù)極材料有以下碳材料、合金材料、金屬氧化物和金屬硫化物等幾類。

金屬硫化物作為鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)，先是與鈉發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成金屬單質(zhì)，緊接著發(fā)生合金化反應(yīng)，因此可以轉(zhuǎn)移較多的電子，具有較高的理論比容量，因此收到了人們的廣泛關(guān)注。經(jīng)研究，Sb₂S₃具有儲(chǔ)鈉性能，當(dāng)其作為鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)，1molSb₂S₃可以轉(zhuǎn)移12mol的電子，具有946mAh·g^-1的理論比容量，比目前商業(yè)化的石墨負(fù)極材料的理論比容量(372mAh·g^-1)高了574mAh·g^-1，因此研究它具有一定的意義。然而，該類材料一方面具有較低的導(dǎo)電性，另一方面，其在充放電過程中體積變化較大，結(jié)構(gòu)極易被破壞，導(dǎo)致循環(huán)性能較差。針對(duì)這個(gè)問題，人們對(duì)其做了一些研究，研究發(fā)現(xiàn)，將金屬硫化物和碳材料復(fù)合，利用碳材料的高導(dǎo)電性和多孔結(jié)構(gòu)，可以緩解這類材料所存在的一些問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)Sb₂S₃作為鈉離子電池負(fù)極材料所存在的一些問題，提供了一種Gr/Sb₂S₃/C復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明通過簡單的水熱方法，制備出Gr/Sb₂S₃/C復(fù)合材料，并將其應(yīng)用到鈉離子電池負(fù)極材料，充分結(jié)合硫化銻的高比容量，石墨烯的高導(dǎo)電性高比表面積以及無定形碳的多孔結(jié)構(gòu)，制備出容量高，庫倫效率高的復(fù)合材料。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種鈉離子電池石墨烯/Sb₂S₃/碳復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

將氧化石墨加入到乙二醇溶劑中，超聲分散，得到GO分散液，將SbCl₃溶解在乙二醇中，攪拌混合，再與GO分散液混合，得到SbCl₃-GO前驅(qū)液，將硫源加入到SbCl₃-GO前驅(qū)液中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，將得到的材料洗滌，干燥得到固體，所得的固體溶解在12ml乙二醇中，加入碳源，攪拌1.5-2.5h，繼續(xù)溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時(shí)間為10h，得到復(fù)合材料前驅(qū)體，洗滌干燥后在管式爐中惰性氣氛保護(hù)下煅燒，得到石墨烯/Sb₂S₃/碳復(fù)合材料復(fù)合材料。

所述的氧化石墨是通過修改后的Hummers制備，氧化石墨分散液的濃度范圍為1mg·ml^-1～10mg·ml^-1。

所述超聲分散用超聲波清洗器，參數(shù)條件為：20-40℃，超聲1-4h。

所述的硫源為硫代乙酰胺、硫脲、Na₂S、硫粉、L-半胱氨酸、L-半胱氨酸鹽酸鹽、Na2S₂O₃，加入的硫源與SbCl₃的摩爾比例為4:1—3:2。

所述的溶劑熱溫度為150-220℃，反應(yīng)時(shí)間為8-20h。