[發明專利]一種餅狀硫基化合物復合材料的可控合成及儲能應用

有效

• 申請號: 202110563880.3
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113299895B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 秦艷敏;張珊;包海峰;方正;李晨
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明屬于電池儲能領域，公開了Fe_0.975S@NSC復合材料的制備方法和應用。將鐵鹽與成核劑在水溶液中慢慢混合，在150～200℃溫度下水熱處理，得到餅狀Fe₂O₃前驅體；經界面修飾和高溫固相硫化處理，得到Fe_0.975S@NSC復合材料。本發明的制備方法簡單，成本低廉，所制備的Fe_0.975S@NSC復合材料結構穩定。將Fe_0.975S@NSC復合材料分別作為鋰離子電池和鈉離子電池負極材料時，具有優異的儲鋰/鈉容量、反應可逆性及倍率性能，且小電流密度下Fe_0.975S@NSC復合材料的儲鋰儲鈉性能優于其它Fe和S比例的電極材料。

技術領域

本發明屬于電池儲能領域，具體涉及一種高效儲鋰/鈉負極材料的開發方法及其應用。

背景技術

隨著世界人口的不斷增長以及工業生產的飛速發展，人類對能源的需求量越來越大。但是，傳統的化石燃料是不可再生資源，過量的開采使用不僅會帶來全球能源危機，還會嚴重影響環境質量，因此，新型可再生資源的開發和使用成為亟待解決的問題。鋰離子電池和鈉離子電池作為高效的清潔能源，近年來得到了越來越多的關注。電極材料的性能決定了電池的電化學性能，因此，高性能電極材料的開發成為目前急需解決的問題之一。

商業化的鋰離子電池負極材料是石墨，其可逆容量高且電壓平臺低，當將其作為鈉離子電池負極材料時，理論比容量僅僅為35mAh/g，遠不能滿足需求，因此，高性能兩用電極材料的開發成為目前的研究重點。鐵基硫化物由于原料廉價、來源豐富、理論比容量高等優點，被認為是一類極具有潛力的電極材料。人們研究的鐵基硫化物主要有以下幾種形式：FeS₂、FeS、Fe₃S₄等。現有技術1(Zhiming Liu,et al.Energy Environ.Sci.,2017,10,1576-1580)制備了FeS₂@C，100mA/g電流密度下作為鋰離子電池負極材料時，其最大的首次放電容量為957mAh/g，最大的首次庫倫效率為63.32％。現有技術2(Zhen-Guo Wu,etal.Journal of Alloys and Compounds,2016,688,90-797)制備了FeS@C-N復合材料，100mA/g電流密度下作為鋰離子電池負極材料時，其首次充電容量為1087.1mAh/g，經過100次的循環，放電比容量為983.5mAh/g。現有技術3(Fanxing Bu,et al.J.Mater.Chem.A,2018,6,6414–6421)制備了FeS@C復合材料，100mA/g電流密度下作為鈉離子電池負極材料時，其首次放電和充電容量分別為844.4mAh/g和507.7mAh/g，首次庫倫效率為60.1％。經過100次的循環，放電比容量為983.5mAh/g。本發明人對此也進行了深入研究，發現Fe_0.975S復合材料的可逆比容量達到了非常突出的水平。

發明內容

本發明的首要目的在于提供氮硫共摻雜、碳包覆的Fe_0.975S復合材料(Fe_0.975S@NSC)的制備方法。本發明目的通過以下技術方案實現：

Fe_0.975S@NSC復合材料及其制備方法，包括如下制備步驟：

(1)將鐵鹽(1-3mmol)溶于35mL的高純水中，將成核劑(1-3mmol)同樣溶于35mL的高純水中，隨后將鐵鹽的溶液一滴一滴的加入到含有成核劑的溶液中，攪拌均勻，隨后在150-200℃下水熱反應10-15h，得到了餅狀Fe₂O₃前驅體；