[發明專利]一種離子凝膠體系下制備雙金屬硫化物與碳復合物的方法

在審

• 申請號: 202110558120.3
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113346058A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 顏洋;李培權;劉穩;孫靜;張穎
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮

本發明公開了一種離子凝膠體系下制備雙金屬硫化物與碳復合物的方法，屬于鈉離子電池電極材料制備技術領域。該方法首先合成了離子液體和sp²雜化碳材料混合的離子凝膠，然后溶于水中制備出IL?sp²雜化碳材料分散液，雙金屬源和硫源在與離子液體陽離子或含氧官能團間靜電相互作用下，分散在sp²雜化碳材料周圍，根據金屬硫化物沉淀平衡常數(K_sp)的不同，在離子液體輔助水熱條件下，依次沉積在GO片層上，得到雙金屬硫化物@sp²雜化碳材料納米復合材料。本發明緩解了金屬硫化物自身導電性差、在充放電過程中的體積膨脹和易聚集的問題，有效的提高了材料的長循環性能和高倍率性能。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池電極材料制備技術領域，具體涉及一種離子凝膠體系下制備雙金屬硫化物與碳復合物的方法。

背景技術

我國正在逐步實現“碳達峰，碳中和”的歷史進程中，減少化石能源的使用、大規模開發和利用以太陽能和風能為主的清潔可再生能源已成定勢。然而，這些清潔可再生能源具有不穩定和不持續的特點，難以直接利用，往往先通過儲能系統把能量儲存起來，再加以利用。在不同方式的儲能系統中，電化學儲能方式是一種成熟的儲能方式，具有能量密度高、重量輕等優點的鋰離子電池是當今最受關注的電儲能設備之一，由于鋰資源的地域分布不均和價格逐年升高的特點，從根本上限制了鋰離子電池在大規模儲能系統中的應用。而與鋰元素處于同一主族的鈉元素具有和鋰元素相似的理化性質，并且鈉元素資源豐富、分布廣泛和價格低廉，所以在大規模儲能系統中，鈉離子電池受到了人們的廣泛關注和研究。

在鈉離子電池負極材料中，具有較高理論比容量的二維金屬硫化物(如：SnS₂、SnS、MoS₂、WS₂、Bi₂S₃、FeS₂、Cu₂S等)被廣泛的關注。這類二維金屬硫化物本身存在的低電子/離子電導率、在脫鈉/嵌鈉過程中嚴重的體積膨脹以及易大量聚集的缺點，導致組裝的電池表現出低的循環效率和差的倍率性能，極大的限制了進一步的商業化應用。為了應對這些問題，科研工作者提出了結構設計、尺寸控制和與合成碳復合材料等策略，一方面提高材料的電導率，另一方面緩解材料體積膨脹和易聚集問題，在一定程度提高了二維金屬硫化物的循環穩定性和倍率性能。

在碳復合材料策略中應用的各種碳材料里，石墨烯(G)、氧化石墨烯(GO)、碳納米管(CNTs)及其衍生物被廣泛的應用，這類材料均屬于sp²雜化碳材料并具有游離的π鍵，且多數是由單一的原子層構成，可以隨時在橫向尺寸上擴展到數十微米，具有質量輕、高導電、柔韌性好和大比表面積等特點，可以作為雙二維金屬硫化物生長的基底。離子液體(IL)是由有機陽離子和陰離子組成的在室溫或近室溫下為液體的鹽，具有不揮發、無污染的特性，被稱為綠色溶劑，與sp²雜化碳材料混合時，由于彼此之間的靜電相互作用和π-π相互作用，可制備出凝膠狀復合物，被稱為“巴基凝膠”，在納米復合材料制備領域擁有十分廣袤的前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種離子凝膠體系下制備雙金屬硫化物與碳復合物的方法。通過離子凝膠體系的輔助，制備了在離子液體陽離子或含氧官能團誘導下，雙金屬硫化物由于沉淀平衡常數(K_sp)不同，而先后沉淀在sp²雜化碳材料上的堆疊納米復合材料。本發明緩解了金屬硫化物自身導電性差、在充放電過程中的體積膨脹和易聚集的問題，有效的提高了材料的長循環性能和高倍率性能。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種離子凝膠體系下制備雙金屬硫化物與碳復合物的方法，包括以下步驟：

(1)將離子液體IL與sp²雜化碳材料加入到瑪瑙研缽或超聲清洗機中，并研磨或超聲一段時間，充分混合后，得到離子凝膠。