[發明專利]一種中空球狀硫化亞鐵納米材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910514810.1
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110148745B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 曹麗云;王蓉;黃劍鋒;李嘉胤;許占位;郭鵬輝;郭玲;羅曉敏
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/525;H01M10/054
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 強宏超

本發明公開一種中空球狀硫化亞鐵納米材料及其制備方法和應用，制備方法包括以下步驟：1)按質量比1:1:(1～7)取分析純的銨鐵鹽、雙三氟甲基碳二亞胺和雙氰胺混合研磨得到混合物A；2)將混合物A在低溫管式爐內熱處理得到產物B；3)將產物B與鹽酸和硫酸配制的濃度為2?4mol/L的混合酸混合攪拌均勻，離心后冷凍干燥收集得到產物C；4)按質量比1:(5～10)將產物C與硫源研磨混合后得到混合物D；5)將混合物D在低溫管式爐內進行熱處理降溫后收集產物，即得中空球狀硫化亞鐵納米材料；使硫化鐵顆粒與外層碳之間產生間隙，有效的減少了在充放電過程中硫化鐵體積膨脹導致外部碳層破裂所造成的容量損失。

技術領域

本發明屬于復合材料合成領域，具體涉及一種中空球狀硫化亞鐵納米材料及其制備方法和應用。

背景技術

由于鈉元素在地球中分布廣泛且儲量豐富，近年來室溫鈉離子充放電電池的研發已被認為是在大規模儲能，特別是智能電網等領域中替代鋰離子電池，以有效解決鋰離子電池礦物儲備低和鋰源高成本問題的有效途徑。在眾多的陽極材料中，金屬硫化物因其在諸如燃料電池，鋰離子電池和超級電容器等各種能源設備中的潛在應用而備受關注。Na/FeS具有高理論容量加上非常低的原材料成本以及無毒性等優點使得此系統成為非常有前途的低成本能量存儲系統。

近年來，Na/FeS是鈉離子電池陽極材料的研究熱點，詳見文件[1]，[2]。Wang等人通過Fe₃O₄/C的硫化制備出了FeS，其產物在60mA/g下顯示出530mAh/g的容量，并且在100圈循環后仍舊保留85％的容量，詳見文件[3]。Kang等人將Fe₃O₄/GO硫化制備出了FeS/rGO復合材料，其樣品在電化學測試中表現出良好的循環性能，在前50個周期內容量為547mAh/g，表現出了非常好的鈉儲存性能，詳見文件[4]。因此，提升硫化鐵作為負極材料在鈉離子電池中的循環容量和可持續性，是目前有待深入研究的方向。

[1]a)S.Y.Lee,Y.C.Kang,Chem.Eur.J.2016,22,2769；b)Y.J.Zhu,L.M.Suo,T.Gao,X.L.Fan,F.D.Han,C.S.Wang,Electrochem.Comm.2015,54,18.

[2]a)M.Walter,T.J.Zünda,M.V.Kovalenko,Nanoscale 2015,7,9158；b)Y.X.Wang,J.P.Yang,S.L.Chou,H.K.Liu,W.X.Zhang,2015,21,11878.

[3]L.Zhang,H.B.Wu,Y.Yan,X.Wang,X.W.Lou,Energy Environ.Sci.2014,7,3302.

[4]a)S.Y.Lee,Y.C.Kang,Chem.Eur.J.2016,22,2769；b)Y.J.Zhu,L.M.Suo,T.Gao,X.L.Fan,F.D.Han,C.S.Wang,Electrochem.Comm.2015,54,18.

發明內容

本發明的目的是提供一種中空球狀硫化亞鐵納米材料及其制備方法和應用，該方法制備方法簡單、制備成本低，制備的中空球狀硫化亞鐵納米材料具有極高的鈉離子存儲性能，充放電容量高且倍率性能佳。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種中空球狀硫化亞鐵納米材料制備方法，包括以下步驟：

1)按質量比1:1:(1～7)取分析純的銨鐵鹽、雙三氟甲基碳二亞胺和雙氰胺，混合研磨后得到混合物A；

2)將混合物A在低溫管式爐內熱處理，以2～20℃/min升溫至500～1200℃保溫1h～5h，冷卻后取出，得到產物B；