[發(fā)明專(zhuān)利]一種利用大層間距二維層狀硬碳材料負(fù)載金屬硫化物制備鈉離子電池復(fù)合負(fù)極材料的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110253920.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113078301A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳哲;李洪基;李婧婧;黃強(qiáng);王維雪;崔新奇;王浩洋;刁冠勛;王威;陳奕倩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華北電力大學(xué);國(guó)網(wǎng)上海市電力公司;國(guó)家電網(wǎng)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;B82Y40/00
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發(fā)明公開(kāi)了屬于鈉離子電池負(fù)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域的一種利用大層間距二維層狀硬碳材料負(fù)載金屬硫化物制備鈉離子電池復(fù)合負(fù)極材料的方法，包括以下步驟：將模板RUB?15和金屬氯化鹽分散再水中反應(yīng)得到負(fù)載金屬離子的模板RUB?15；然后將其和有機(jī)物碳源分散在水中，連續(xù)攪拌滴加濃硫酸后進(jìn)行熱處理，得到混合物；在惰性氣氛下高溫煅燒混合物并刻蝕模板RUB?15，得到負(fù)載金屬的大層間距二維層狀硬碳材料；最后將其與硫脲高溫處理得到大層間距二維層狀硬碳負(fù)載金屬硫化物復(fù)合負(fù)極材料。本發(fā)明所述方法原料成本低廉、合成方法新穎、材料性能優(yōu)異，為二維層狀鈉離子電池負(fù)極材料的合成提供了一個(gè)全新選擇。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈉離子電池負(fù)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用大層間距二維層狀硬碳材料負(fù)載金屬硫化物制備鈉離子電池復(fù)合負(fù)極材料的方法。

背景技術(shù)

鈉離子電池因鈉資源儲(chǔ)量豐富、成本低、工作原理類(lèi)似，是鋰離子電池最具潛力的替代品。但Na⁺的離子半徑比Li⁺大55％，造成Na⁺的存儲(chǔ)性能較差，一定程度上阻礙了鈉離子電池的實(shí)際應(yīng)用。鈉離子電池在循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能和容量性能上都還有很大的提升空間。到目前為止，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一些適用于鈉離子電池的負(fù)極材料，包括金屬硫化物、合金基材料、層狀金屬氧化物和碳材料等。雖然負(fù)極材料的開(kāi)發(fā)已經(jīng)取得了一些顯著的進(jìn)展，但仍需要進(jìn)一步的研究來(lái)提高鈉離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，從而使其具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。具有大層間距的二維層狀材料可以為Na⁺傳輸提供高效的遷移路徑，利于實(shí)現(xiàn)快速的電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，還能緩沖充放電過(guò)程中產(chǎn)生的體積膨脹等問(wèn)題，作為鈉離子電池負(fù)極材料表現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。

近年來(lái)，Co₉S₈、CoS、Co₃S₄、CoS₂以及FeS₂等多種不同化學(xué)計(jì)量學(xué)的硫化物因其優(yōu)異的物理化學(xué)性能作為超級(jí)電容器、鋰離子電池和鈉離子電池的電極材料受到了廣泛關(guān)注。然而硫化物在循環(huán)過(guò)程中的體積膨脹會(huì)導(dǎo)致快速的容量衰減，其與二維層狀硬碳材料形成的復(fù)合材料則可提供足夠的緩沖空間以適應(yīng)材料的體積變化，提高循環(huán)穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的硬碳材料層間距較小使鈉離子擴(kuò)散困難，并且儲(chǔ)鈉位點(diǎn)不夠多，在Na⁺嵌入和脫出過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的體積變化進(jìn)而嚴(yán)重影響材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此合成具有良好循環(huán)穩(wěn)定性能、倍率性能的負(fù)載硫化物的大層間距二維層狀硬碳材料仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種利用大層間距二維層狀硬碳材料負(fù)載金屬硫化物制備鈉離子電池復(fù)合負(fù)極材料的方法，包括以下步驟：

1)將模板RUB-15和金屬氯化鹽分別分散到去離子水中，待分散均勻后將兩溶液混合，使金屬陽(yáng)離子與四甲基銨陽(yáng)離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)后得到負(fù)載金屬離子的模板RUB-15；通過(guò)調(diào)控模板RUB-15和金屬氯化鹽的濃度控制模板RUB-15上金屬離子負(fù)載量。