[發明專利]鈉離子電池負極材料少層二硫化錸納米片/空心碳球及其制備方法

在審

• 申請號: 201811009934.6
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN108807957A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 陳銘;張秀娥;丁蔚然;沈超;韓悅
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/054
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明公開了一種鈉離子電池負極材料少層二硫化錸納米片/空心碳球及其制備方法。所述負極材料是通過將二硫化錸納米片附著在多孔的空心碳球內外碳殼形成，以高錸酸銨為前驅體、硫代乙酰胺為硫源、水合肼為還原劑和多孔空心碳球為二硫化錸生長骨架，制得所述的負極材料。本發明制備的負極材料，以粒徑均一的空心多孔碳納米球為骨架，將二硫化錸片層結構均勻的分散于碳殼上，多孔空心碳球的使用，限制了二硫化錸納米片的生長層數在2～7之間，這種少層二硫化錸納米片/空心碳球納米復合材料，不僅具有多的嵌鈉活性位點，高的導電性，內部的空腔還可以緩沖體積效應，防止片層脫落維持結構的穩定，且二硫化錸納米片無明顯團聚現象。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池材料合成技術領域，具體涉及一種少層ReS₂納米片/空心碳球復合材料(ReS₂/C)及其制備方法。

背景技術

鈉離子電池的最初研究幾乎同步于鋰離子電池。隨著鋰離子電池在電子設備的大規模使用化及電動汽車和大規模電網儲能的潛在需求，人們對地殼中鋰元素儲量的擔憂也在逐步增加。考慮到鈉離子和鋰離子相似的化學性質及地殼中鈉元素的豐富儲量，最近幾年關于鈉離子電池的研究再度興起。相對鋰離子電池而言，鈉離子電池在以下方面具有明顯優勢：1、鈉元素在地殼中的儲量超過鋰元素的1000倍，且分布廣泛，開采成本低廉；2、與鋰離子電池相比，鈉離子電池的半電池電勢高出0.3～0.4Ｖ，電解質的選擇范圍更寬；3、鈉電池有相對穩定的電化學性能，使用更加安全。然而，鈉離子電池同時也存在一些先天劣勢：1、鈉元素相對原子質量遠大于鋰元素（23.0 vs 6.9），從而導致鈉離子電池的理論質量比容量小于鋰離子電池；2、鈉離子半徑遠大于鋰離子半徑，從而對尋找合適的鈉離子嵌入材料提供了更多困難，進而導致鈉離子電池的理論體積比容量也小于鋰離子電池。目前關于鈉離子電池的研究飛速進展。但大部分還是集中在尋找合適的鈉離子嵌入材料，研究鈉離子嵌入機制，提升電池的比容量、循環性能等各方面。

碳材料具有異常豐富形貌、結構及孔徑分布等，這些對鈉離子存儲性能有著相當重要的影響。截止到目前，人們廣泛研究了各種碳材料的電化學儲鈉性能，從零維碳點，到一維碳納米管，碳纖維，二維石墨稀，再到各種形貌的三維碳材料。其比容量雖較石墨有所提高，但一般仍舊低于300 mA h g^-1。盡管通過元素慘雜，復合方式對碳材料改性可在一定程度上提升其比容量，但結果并不是特別可觀。層狀鈦酸鹽化合物是另一種研究較多的鈉離子電池嵌入型負極材料。由于具有較低的嵌鈉電位，并且鈉離子嵌入時，幾乎零應變出現，因而吸引了人們的關注。但這類型材料亦面臨一系列問題：電導率很差并且理論比容量低。目前大部分實驗結果表明其比容量低于200 mA h g^-1。目前研究最多的是各種金屬氧化物及硫化物。例如使用酸剝離的方式合成了自支撐的MoS₂-石墨烯紙，組裝鋼離子電池發現，相比純MoS₂，這種復合材料的循環特性有了很大提高。不同金屬氧化物與硫化物理論比容量對比，可以看出，基于類似的反應機理，由于硫元素的原子量大于氧，因此對同一種過渡金屬，其氧化物理論比容量一般大于對應的硫化物。但兩種材料都存在嚴重的體積膨脹效應。

發明內容

本發明的目的是提出一種鈉離子電池負極材料少層二硫化錸納米片/空心碳球及其制備方法。

實現本發明目的的技術解決方案是：

一種鈉離子電池負極材料，所述負極材料是通過將二硫化錸納米片附著在多孔的空心碳球內外碳殼形成。

其中，空心碳球的直徑410±5nm，碳殼的厚度28±2nm，二硫化錸納米片層數為2～7之間。

上述鈉離子電池負極材料的制備方法，包括如下步驟：