[發明專利]一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池

在審

• 申請號: 201710349485.9
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107154486A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 趙金保;李赫;蔣嘉麗;王昀暉
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及鈉離子電池，尤其是涉及含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池及制備方法。

背景技術

隨著能源問題日益嚴峻，新能源如太陽能、風能、地熱能等成為熱點研究方向，世界范圍內很多國家都對新能源開發、利用投入大量的精力。而在新能源的利用過程中，由于時間或地域的限制，大型儲能設施至關重要，化學電源作為一種儲能設備，具有能量轉化效率高、便于儲存運輸等優勢，特別是二次電池，可以起到循環儲能的作用。現階段使用最為廣泛、性能最為優異的的化學電源是鋰離子電池，但由于鋰的自然豐度相對較低(～20ppm)，資源分布不均(多集中在南美洲)，價格相對較高，在大規模儲能電站的應用上受到一定的限制。而鈉在地殼中的豐度高(>20000ppm)，是地殼中含量最高的元素之一，分布均勻，價格相對較低。鈉是堿金屬中次輕的元素，且電位(-2.71V vs.SHE)與鋰(-3.04V vs.SHE)相近，因此近年來鈉離子電池得到越來越廣泛的關注，成為二次電池領域中一個新的研究熱點。

電極材料的開發在鈉離子電池技術發展中至關重要，優秀負極材料的開發是鈉離子電池中最具有挑戰性的工作之一。金屬硫化物由于具有較高的理論比容量、出色的循環穩定性，有望成為鈉離子電池負極材料，一些有關過渡金屬硫化物在鈉離子電池負極材料中應用的報道，如FeS₂(Z.Hu et al.(2015).“Pyrite FeS₂for high-rate and long-life rechargeable sodium batteries”.Energy Environ.Sci.,8,1309-1316.)、MoS₂(T.S.Sahu et al.(2015).“Exfoliated MoS₂Sheets and Reduced Graphene Oxide-An Excellent and Fast Anode for Sodium-ion Battery”.Sci Rep,5 12571.)、SnS₂(B.Qu et al.(2014).“Layered SnS₂-Reduced Graphene Oxide Composit-A High-Capacity,High-Rate,and Long-Cycle Life Sodium-Ion Battery Anode Material”.Adv Mater,26,3854-3859.)等。多元金屬硫化物具有理論比容量較高、電子電導率高、價格相對低廉等優點，且多元金屬硫化物不同金屬之間具有一定協同作用，可以在一定程度上減少活性物質的體積效應，往往具有更好的電化學穩定性。然而迄今為止的專利尚未報道關于含銅多元金屬硫化物作為鈉離子電池負極材料及用這種材料作為負極的鈉離子電池。

發明內容

本發明的目的是提供一種含銅多元金屬硫化物為負極材料的鈉離子電池。

本發明包括電池正極、電池負極、含鈉電解質、分隔正極和負極的隔膜；所述電池負極材料為含銅多元金屬硫化物，包括CuCo₂S₄及CuFeS₂，電池正極材料為嵌鈉化合物，含鈉電解質作為電池的電解質，隔膜分隔所述正負極以防止正負極直接接觸短路。

所述含銅多元金屬硫化物的制備方法為：

1)CuCo₂S₄粉末的制備：將硝酸銅、硝酸鈷和硫脲在磁力攪拌條件下溶于去離子水中，攪拌混合，加入乙二胺，將溶液轉移至水熱釜中，反應后，冷卻至室溫，抽濾，用去離子水和無水乙醇清洗，干燥后即得CuCo₂S₄粉末；

在步驟1)中，所述硝酸銅、硝酸鈷、硫脲、去離子水和乙二胺的配比可為2mmol︰4mmol︰10mmol︰100mL︰1mL，其中硝酸銅、硝酸鈷、硫脲按摩爾計算，去離子水按體積計算；所述反應可在150℃下反應24h；所述干燥可在50～80℃真空干燥箱干燥6～12h。

2)CuFeS₂的制備：將硫酸銅、硫酸亞鐵、硫代硫酸鈉和S粉溶解分散于去離子水中，攪拌分散，將溶液轉移至水熱釜中，反應后，冷卻至室溫，抽濾，用去離子水和無水乙醇清洗，干燥后即得CuFeS₂粉末。