[發明專利]一種限域制備納米二硫化鐵微球的方法

在審

• 申請號: 201910365942.2
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110182851A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 董安鋼;姚盧寅;楊東;韓丹丹;楊于馳
• 申請（專利權）人: 佛山市格瑞芬新能源有限公司
• 主分類號: C01G49/12
• 分類號: C01G49/12;B82Y40/00;H01M4/58
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 許飛

本發明公開了一種限域合成的納米二硫化鐵微球鈉離子電池負極材料的制備方法，包括：1)高溫溶劑法合成四氧化三鐵納米粒子；2)乳液法組裝四氧化三鐵微球，高溫碳化表面油酸形成碳殼；3)預刻蝕四氧化三鐵微球后，一步硫化得到納米二硫化鐵微球鈉離子電池負極材料。本發明制備的納米二硫化鐵微球的顆粒均為納米級別，且每個顆粒都有均勻的碳殼包裹，應用于鈉離子電池負極具有優異的倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明涉及無機材料的制備方法，特別涉及一種限域制備納米二硫化鐵微球的方法。

背景技術

近幾年，人們對鈉離子電池的研究日漸深入。與鋰離子電池相比，鈉離子電池有更加豐富的鈉資源、較低的成本和相當的比容量，因此更加適用于大規模儲能領域。但是鈉離子比鋰離子的離子半徑大，而且還原電位比鋰離子高，所以在電化學的離子嵌脫過程中，鈉離子更容易造成材料晶體結構的破碎，導致電池的循環性能和倍率性能變差，因此尋找一種可行的而且廉價的鈉離子負極材料一直是人們研究的重點。

二硫化鐵(FeS₂)由于其理論容量高(894mAh/g)，而且資源豐富，所以是作為鈉離子電池負極材料的不錯選擇。在1990年，二硫化鐵作為鋰電池的負極材料就已被報道。最近，也有多篇文章開始將二硫化鐵作為鈉離子電池的負極材料，但是由于二硫化鐵本身的半導體性質和電化學嵌脫過程中的巨大體積膨脹，會導致電池的循環性能和倍率性能差。所以需要我們對二硫化鐵材料的結構進行設計，使其滿足作為電極材料的要求。

一般對電極材料的處理有以下兩種方式：(1)對材料進行包碳處理，蔗糖、葡萄糖和一些聚合物被常常用作碳源，引入碳材料的目的是增加材料的導電性，而且可以限制材料在嵌脫過程中的破碎。(2)減小材料的尺寸，將材料納米化可以減小鈉離子的擴散路徑，可以起到提高材料容量和倍率性能的作用。因此我們需要減小二硫化鐵顆粒尺寸，同時對顆粒表面進行包碳處理，以提高其作為鈉離子電池負極的容量。傳統的包碳方法需要引入其他碳源，而且只能包裹在整體材料的外圍，包裹程度不均勻。合成指定納米尺寸的二硫化鐵鮮有報道，原位硫化是合成指定顆粒大小二硫化鐵的一種有效方便的方法。然而將氧化物硫化成硫化物時會造成顆粒熔融，如果不對硫化環境進行限域，會造成顆粒融合成大顆粒，形貌發生巨大變化。

開發出一種可以有效制備納米二硫化鐵微球的方法，對于鈉離子電池的開發具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種限域制備納米二硫化鐵微球的方法。

本發明所采取的技術方案是：

一種限域制備納米二硫化鐵微球的方法，包括如下步驟：

1)將表面疏水改性的四氧化三鐵納米粒子分散在溶劑中，得到混懸液；

2)將混懸液滴加至含有乳化劑的溶液中，均質、分離得到四氧化三鐵微球；

3)將四氧化三鐵微球在隔絕氧氣的條件下煅燒，將四氧化三鐵表面的改性分子碳化，得到碳包覆的四氧化三鐵微球；

4)使用酸對碳包覆的四氧化三鐵微球進行刻蝕，使微球部分四氧化三鐵被侵蝕形成空洞，洗滌、干燥，得到刻蝕四氧化三鐵微球；

5)將刻蝕四氧化三鐵微球和硫粉混合，隔絕氧氣的條件下煅燒，使刻蝕四氧化三鐵微球內形成納米二硫化鐵；

6)清除未反應的硫粉、洗滌、干燥得到納米二硫化鐵微球。

在一些實例中，四氧化三鐵納米粒子的平均粒徑為16～20nm。

在一些實例中，四氧化三鐵納米粒子在含有表面活性劑的溶液中的固含量為40～60mg/mL。

在一些實例中，步驟2)中制備得到的四氧化三鐵微球的粒徑為0.5～1μm。