[發明專利]自支撐五硫化二銻/三維石墨烯納米復合材料的制備及在鈉離子電池中的應用

在審

• 申請號: 201710863618.4
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107611408A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 陳軍;盧艷瑩;陶占良;周蒙;李海霞;于川茗
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 天津耀達律師事務所12223
• 代理人: 侯力

1.具有自支撐特性的五硫化二銻(Sb₂S₅)納米顆粒與三維石墨烯復合材料(Sb₂S₅-GF)的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1)制備氧化石墨烯(GO)分散液：通過Hummers方法首先制得氧化石墨烯，再根據實驗要求，配置成所需濃度的分散液；

2)制備自支撐的Sb₂S₅納米顆粒和石墨烯復合材料的前驅體溶液：首先將Na₃SbS₄·9H₂O配置成濃度為0.01mol L^-1的溶液；取5.9-15.8mL該溶液與步驟1)中制備的0.8mL GO(10mg mL^-1)分散液進行混合，形成均一混合液；在磁力攪拌下將鹽酸(HCl)逐滴加入到所述均一混合液當中，使反應成的Sb₂S₅納米顆粒均勻地生長在石墨烯片層表面；根據反應方程式2Na₃SbS₄+6HCl＝Sb₂S₅+6NaCl+3H₂S的需要，加入HCl的用量；反應完成后，向上述溶液中滴加0.632mL濃度為1mol L^-1的抗壞血酸溶液；

3)制備Sb₂S₅-GF復合材料：將步驟2)中的溶液轉移到50mL的Teflon管中，并用密閉的不銹鋼反應釜密封，于90-120℃下加熱反應6-10小時；將反應形成的石墨烯泡沫復合材料置于冷凍干燥機中冷凍干燥，最終得到Sb₂S₅-GF復合材料。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述GO分散液濃度為10mg mL^-1；所述Na₃SbS₄溶液用量為5.9-15.8mL；加入HCl調節的用量為1.44-3.86mL。

3.權利要求1所述方法制備的Sb₂S₅-GF復合材料的應用，其特征在于，所述具有自支撐特性的Sb₂S₅-GF復合材料用于鈉離子二次電池。

4.根據權利要求3所述的應用，其特征在于：所述鈉離子二次電池的形式為紐扣式電池；所述紐扣式電池依次由負極殼、彈片、墊片、負極片、隔膜、電解液、正極電極片和正極殼組裝而成；所述正極為自支撐的Sb₂S₅納米顆粒和石墨烯復合材料Sb₂S₅-GF；負極為金屬鈉；隔膜為玻璃纖維隔膜(glassfiber)；電解液為NaClO₄溶液，溶劑為碳酸乙烯酯(EC)/碳酸丙烯酯(PC)/氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加劑的混合溶液(1:1:0.05,vol.ratio)。

5.根據權利要求3或4所述的應用，其特征在于：所述鈉離子二次電池的制備方法，包括以下步驟：依次將彈片、墊片、金屬鈉負極、隔膜、電解液、Sb₂S₅-GF正極依次放入負極殼內，然后安裝正極殼，最后用封口機壓實。

6.根據權利要求5所述的應用，其特征在于：所述封口機壓力為5-10MPa，壓實時間為8-10s。

7.根據權利要求3或4所述的應用，其特征在于，所述電解液浸潤于隔膜中，電解液濃度為1mol L^-1。

8.根據權利要求所述彈片和墊片為不銹鋼片；玻璃纖維隔膜的直徑為16mm，玻璃纖維孔徑為0.25μm；鈕扣電池的尺寸為直徑20mm、厚3.2mm，正極殼的直徑為20mm。