[發明專利]一種鈉離子電池負極材料

在審

• 申請號: 202010517822.2
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111987306A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 白瑩;郁彩艷;閆冬;趙慧玲;尹延鋒
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;C01G15/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

本發明提供了一種鈉離子電池負極材料，其具有均勻的繡球形微觀形貌，所述CuInS₂顆粒結晶性好，為四方黃銅礦相結構，首次將其作為鈉離子電池負極材料，具有較高的循環可逆性，在充放電過程中具有優異的結構穩定性，循環50周后可逆容量仍高達537mAh g^?1。

技術領域

本發明涉及一種CuInS₂鈉離子電池負極材料，具體涉及一種具有繡球形特殊形貌的CuInS₂鈉離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

銅銦硫(CuInS₂)是一種新興的I-III-VI型三元半導體材料，它的許多獨特的光電特性吸引了人們的注意。特別是，CuInS₂作為太陽能電池光吸收材料,由于其優異的綜合特征已經引起人們的廣泛關注。

由于CuInS₂量子點的熒光發射波長通常處于近紅外區域(650-900nm),具有較小的瑞利散射和良好的生物組織穿透性。同時CuInS₂量子點不含有Cd、Hg、Pb等重金屬。具有較小毒元素，具有較高的生物相容性，因此非常適合生物體系的應用。目前業界希望CuInS₂的尺寸越小越好，且目前未發現CuInS₂在鈉離子電池中的應用。

發明內容

本發明的目的克服業界希望CuInS₂的尺寸越小越好的技術障礙，提供了一種繡球形的CuInS₂晶體材料及其作為鈉離子電池負極材料的應用。

本發明提供了一種雙金屬基CuInS₂，其特征在于，所述雙金屬基CuInS₂作為鈉離子電池負極材料，所述CuInS₂顆粒具有均勻的繡球形微觀形貌，所述CuInS₂顆粒結晶性好，為四方黃銅礦相結構，是一種晶胞體積較大的閃鋅礦型超晶格結構，晶胞參數晶胞體積所述CuInS₂顆粒粒徑均勻，直徑為0.5-500μm。CuInS₂顆粒的形貌、晶體結構和粒徑大小直接制約其作為鈉離子電池負極材料的應用和性能。50mA g^-1電流密度下，不同尺寸/平均粒徑的CuInS₂鈉電池負極循環50周后的可逆容量、容量保持率和庫侖效率如表1所示。

表1不同粒徑的CuInS₂鈉電池負極循環50周后的可逆容量、容量保持率和庫侖效率

由此可見，在0.5～500μm尺寸范圍內CuInS₂鈉電池負極均具有電化學活性，其容量保持率和庫侖效率均較高，有望用于商業化大規模生產。小于0.5μm不具有電化學活性，大于500μm電化學活性急劇下降。優選地，所述CuInS₂顆粒直徑為3μm。

一種繡球形雙金屬基CuInS₂鈉離子電池負極材料的制備方法，包含以下步驟：

1)制備CuInS₂前驅體溶液；

2)將CuInS₂前驅體溶液進行水熱反應；

3)將CuInS₂水熱反應產物進行離心、清洗后進行冷凍干燥獲得CuInS₂前驅體粉末；

4)將前驅體粉末在氬氣保護下進行退火處理。

本發明的有益效果是：

(1)提供了一種雙金屬基CuInS₂鈉離子電池負極材料，其Na⁺嵌入(充電)和脫出(放電)反應過程：