一种同时电化学贮钠和贮锂的复合电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种同时电化学贮钠和贮锂的复合电极及其制备方法，该复合电极用SnCoS4复合纳米晶-石墨烯复合材料作为同时电化学贮钠和贮钠的活性物质。其制备步骤是：在氧化石墨烯存在的条件下，通过SnCl4、CoCl2和L-半胱氨酸的混合溶液在水热条件下的水热反应，制备得到SnCoS4复合纳米晶-石墨烯的复合材料，将得到的SnCoS4复合纳米晶-石墨烯的复合材料与乙炔黑、羧甲基纤维素和聚偏氟乙烯调成糊状物，涂到铜箔上，烘干并滚压得到同时电化学贮钠和贮锂的复合电极。该同时电化学贮钠和贮锂复合电极具有可逆比容量高，循环性能稳定和高倍率充放电性能好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种同时电化学贮钠和贮锂复合电极及其制备方法，尤其涉及用SnCoS4复合纳米晶-石墨烯复合材料作为电化学活性物质制备的能同时电化学贮钠和贮锂的复合电极及其制备方法，属于电化学复合电极及其钠离子锂离子复合电池中的应用

技术介绍
锂离子电池以其具有高的比容量和长的循环寿命等优点在移动通讯、电动助力车、电动汽车和储能等领域得到了广泛的应用，但是，锂离子电池的大量应用导致锂资源的相对短缺和锂资源原材料的价格不断上涨，如碳酸锂的价格在过去一年已经上涨了2倍左右。与锂资源相比，钠具有更加丰富资源和价格低廉的优势，最近关于钠离子电池及其电化学贮钠材料和电极的研发引起了人们极大兴趣。然而，与锂离子电池相比，钠离子电池的比容量和倍率特性较低。能同时电化学贮钠和贮锂的钠离子和锂离子复合电池可以兼顾上述锂离子电池和钠离子电池在性能和资源方面的优点和存在的问题。传统的锂离子电池用石墨材料作为负极，但是由于石墨负极材料较小的层间距(0.33-0.34nm)使其电化学贮钠的性能很差，其电化学贮钠的比容量几乎接近于0。因此，石墨材料不能用来制备同时电化学贮钠和电化学贮锂的复合电极，所以研究开发具有能同时电化学贮钠和电化学贮锂的电化学活性材料及其复合电极对钠离子和锂离子复合电池具有重要意义和技术应用价值。层状结构的SnS2纳米材料不仅具有较高的电化学贮锂容量，同时具有较高的电化学贮钠容量，在锂离子电池或钠离子电池中具有良好的应用前景。但是，由于其较低的电导率和充放电过程中体积较大的变化，导致用SnS2纳米材料制备的电化学贮锂电极或电化学贮钠电极在充放电过程中其电化学贮锂容量或电化学贮钠容量的快速衰减。另外硫化钴纳米材料也具有较高的电化学贮锂容量，同时具有较好的电化学贮钠性能，在锂离子电池或钠离子电池中具有良好的应用前景。但是，硫化钴纳米材料制备的电化学贮锂电极或电化学贮钠电极的充放循环稳定较差，其电化学贮锂或电化学贮钠的容量衰减较快。石墨烯具有高的电导率和荷电迁移率、极大的比表面积、良好的柔性和化学稳定性。通过将金属硫化物纳米材料与石墨烯复合所制备的复合材料不仅保持了高的电化学贮锂容量或电化学贮钠容量，并具有增强的充放电循环性能和高倍率充放电特性。如SnS2-石墨烯复合材料，硫化钴-石墨烯复合材料等均显示了比单纯SnS2或硫化钴具有更高的电化学贮锂容量或电化学贮钠容量，并具有较的稳定的充放电循环性能。但是这些复合材料制备的复合电极的电化学贮锂性能或电化学贮钠性能还有进一步改善的空间，尤其是这些复合材料在同时电化学贮钠和贮锂的复合电极中的应用还需要进一步研究。本专利技术提供了一种能同时电化学贮钠和贮锂的复合电极及其制备方法，该复合电极用SnCoS4复合纳米晶-石墨烯的复合材料为同时电化学贮钠和贮锂的活性物质。与用SnS2-石墨烯和CoS2-石墨烯复合材料为同时电化学贮钠和贮锂的活性物质制备的复合电极相比，本专利技术用SnCoS4复合纳米晶-石墨烯的复合材料为电化学活性物质制备的能同时电化学贮钠和贮锂的复合电极具有更高的同时电化学贮钠和贮锂的比容量和显著增强的高倍率充放电特性，并具有优异的充放电循环性能。但是，到目前为止，这种用SnCoS4复合纳米晶-石墨烯的复合材料为同时电化学活性物质的能同时电化学贮钠和贮锂的复合电极及其制备方法还未见公开报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能同时电化学贮钠和贮锂的复合电极及其制备方法，该复合电极的同时电化学贮钠和贮锂活性物质为SnCoS4复合纳米晶-石墨烯的复合材料，该复合材料是由SnCoS4复合纳米晶负载在石墨烯上形成，其中SnCoS4复合纳米晶与石墨烯的物质的量之比为1:2，复合电极的组分及其质量百分比含量为：SnCoS4复合纳米晶-石墨烯的复合材料为80％，乙炔黑10％，羧甲基纤维素5％，聚偏氟乙烯5％。该同时电化学贮钠和贮锂的的制备方法的步骤如下：(1)将计量的SnCl4·5H2O、CoCl2·6H2O和L-半胱氨酸加入到去离子水中，并充分搅拌，得到均匀的混合溶液，溶液中SnCl4与CoCl2的物质的量之比为1:1，L-半胱氨酸的物质的量为SnCl4与CoCl2的物质的量之和的5倍，然后将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，得到均匀的悬浮液，在不断搅拌下将氧化石墨烯悬浮液滴加到上述混合溶液中，并继续搅拌2h，氧化石墨烯的物质的量(以碳的物质的量计算)等于SnCl4与CoCl2的物质的量之和的2倍，最后将得到的反应混合物转移到带有聚四氟乙烯内胆的水热反应釜中，密封，在180℃的恒温箱中反应24h，待自然冷却至室温后，将水热得到的沉淀产物离心分离，并用去离子水和无水乙醇充分洗涤，最后在80℃下真空干燥12h后得到SnCoS4复合纳米晶-石墨烯复合材料；(2)将上述制备得到的SnCoS4复合纳米晶-石墨烯复合材料作为复合电极的电化学贮钠活性物质，与乙炔黑、羧甲基纤维素及质量分数5％的聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在搅拌下充分混合调成均匀的糊状物，各组分质量百分比为：SnCoS4复合纳米晶-石墨烯复合材料80％，乙炔黑10％，羧甲基纤维素5％，聚偏氟乙烯5％，将该糊状物均匀地涂到作为集流体的铜箔上，干燥，滚压后得到电化学贮钠复合电极。与现有技术比较，本专利技术用SnCoS4复合纳米晶-石墨烯的复合材料为电化学活性物质制备的能同时电化学贮钠和贮锂的复合电极及其制备方法具有以下显著的优点和技术进步：尽管研究表明，与单纯的SnS2或流化钴纳米材料相比较，用SnS2-石墨烯复合材料和流化钴-石墨烯复合材料为电化学活性物质制备的电化学贮钠电极或电化学贮锂电极具有更高的电化学贮钠比容量或电化学贮锂比容量，其电化学贮锂比容量可以达到800-1000mAh/g，电化学贮钠比容量可以达到600-700mAh/g(基于电化学活性物质的质量),并具有较稳定的充放电循环性能和改善的高倍率充放电特性，但是其电化学贮钠或电化学贮钠的性能还具有进一步提升的空间。然而，到目前为止，用SnS2-石墨烯复合材料或硫化钴-石墨烯复合材料为电化学活性物质制备同时电化学贮钠和贮锂的复合电极的报道还很少。本专利技术结果表明，用SnCoS4复合纳米晶-石墨烯的复合材料为电化学化学物质制备的能同时电化学贮钠和贮锂复合电极比用SnS2-石墨烯复合材料或SnS2-石墨烯复合材料制备的同时电化学贮钠和贮锂复合电极具有更高的同时电化学贮钠和贮锂的比容量和显著增强的高倍率充放电特性，并具有优异的充放电循环稳定性能。其原因是由于：SnS2为典型的层状结构晶体，而CoS2晶体不是层状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同时电化学贮钠和贮锂的复合电极，其特征在于，复合电极具有同时电化学贮钠和贮锂的功能，其电化学活性活性物质为SnCoS4复合纳米晶‑石墨烯的复合材料，该复合材料是由SnCoS4复合纳米晶负载在石墨烯上形成，其中SnCoS4复合纳米晶与石墨烯的物质的量之比为1:2，复合电极的组分及其质量百分比含量为：SnCoS4复合纳米晶‑石墨烯的复合材料为80％，乙炔黑10％，羧甲基纤维素5％，聚偏氟乙烯5％。

【技术特征摘要】
1.一种同时电化学贮钠和贮锂的复合电极，其特征在于，复合电极具有同时电化学贮
钠和贮锂的功能，其电化学活性活性物质为SnCoS4复合纳米晶-石墨烯的复合材料，该复合
材料是由SnCoS4复合纳米晶负载在石墨烯上形成，其中SnCoS4复合纳米晶与石墨烯的物质
的量之比为1:2，复合电极的组分及其质量百分比含量为：SnCoS4复合纳米晶-石墨烯的复合
材料为80％，乙炔黑10％，羧甲基纤维素5％，聚偏氟乙烯5％。
2.一种利要求1所述的同时电化学贮钠和贮锂的复合电极的制备方法，其特征在于，
所述制备方法的步骤如下：
(1)将计量的SnCl4·5H2O、CoCl2·6H2O和L-半胱氨酸加入到去离子水中，并充分搅拌，
得到均匀的混合溶液，溶液中SnCl4与CoCl2的物质的量之比为1:1，L-半胱氨酸的物质的量
为SnCl4与CoCl2的物质的量之和的5倍，然后将氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫祥，叶剑波，陈倩男，李辉，陈涛，徐新，苏利伟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33