本发明专利技术涉及一种掺杂BaSO4钠离子电池负极材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)一步水热法制备SnO2材料；(2)将SnO2材料溶于去离子水中，加入稀硫酸溶液和Ba(OH)2溶液，实现BaSO4掺杂的SnO2复合材料；(3)碳热还原法制备ZnS/C复合材料：以锌盐、硫源为原料溶于去离子水，反应后得ZnS材料前驱体，再将前驱体溶于去离子水中，加入有机碳源，搅拌至水分全部蒸发后，置于惰性气氛中焙烧；(4)将BaSO4掺杂的SnO2复合材料和ZnS/C复合材料按比例混合。本发明专利技术方法制得的掺杂BaSO4制备的电极材料可以满足对钠离子电池负极材料的性能要求，具有较高的初始容量、较好的比容量、较高的首次库伦效率和理想的循环稳定性，使得钠离子电池在储能系统中的地位有所提升。的地位有所提升。的地位有所提升。
【技术实现步骤摘要】
一种掺杂BaSO4的钠离子电池负极材料及其制备方法
[0001]本专利技术涉及电池材料
，具体涉及一种掺杂BaSO4的钠离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
[0002]二次电池技术作为能量储存和转换的重要手段，在人们日常生活、工业生产、军事国防以及航空航天等领域都有着非常广泛的应用，因此，二次电池在新能源领域中占据着至关重要的地位。目前，二次电池体系中发展最快、技术最成熟的锂离子电池受到广泛关注。然而，地壳中的锂资源是十分有限的，人们对于锂资源的消耗却是逐年增加的，这不仅刺激了锂价格持续增高，还引发了人们对于锂储量的担忧。钠离子与锂离子具有类似的理化性质，适用于锂离子电池的“摇椅式”电池理论模型同样适用于钠离子电池。与锂离子电池相比，钠离子电池在资源储量和成本上具有天然的优势，特别是在大规模储能电站上，钠离子电池的使用能极大地缓解锂资源短缺带来的压力，因而低成本的钠离子电池在未来的大规模储能系统中表现出巨大的潜力。
[0003]钠离子电池负极材料负责提供低的氧化还原电位，对其安全性和有效性都有很高的要求。钠离子电池负极材料是研究的重要部分，其中锌基材料已经具备了较好的容量保持，但电化学性质一直不够好，为解决这些问题提出与碳质材料进行复合材料的制备。二氧化锡因具有较高的比容量得到了的广泛关注，在充放电过程中存在较大的体积变化，却并未造成材料的坍塌和破碎，材料的结构基本保持完好。这一发现说明二氧化锡作为钠离子电池负极材料理论上具备良好的循环稳定性。但从文献检索可知，目前钠离子电池负极材料的循环性能和倍率性能仍存在不足。
技术实现思路
[0004]为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种掺杂BaSO4的钠离子电池负极材料及其制备方法，在SnO2材料中加入微量的BaSO4，不仅不会影响钠离子电池负极材料的电化学性能，还能起到掺杂作用更进一步的改善电池初始容量和循环稳定性，实现了以较低成本制备出性能良好的钠离子电池负极材料。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种掺杂BaSO4钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下制备步骤：
[0007](1)一步水热法制备SnO2材料：以锡源、分散剂和NaOH为原料进行水热反应，其中锡源与NaOH摩尔比1:10～15，分散剂与NaOH体积比1:1～1.5，反应结束后离心洗涤收集沉淀，烘干后得到SnO2材料前驱体；
[0008](2)将SnO2材料前驱体溶于去离子水中，缓慢加入稀硫酸溶液和Ba(OH)2溶液，室温下磁力搅拌1～3h；
[0009](3)将步骤(2)所得溶液离心洗涤收集沉淀，烘干后得到复合材料前驱体，将复合材料前驱体置于空气气氛中焙烧，得到BaSO4掺杂的SnO2复合材料；
[0010](4)碳热还原法制备ZnS/C复合材料：以锌盐、硫源为原料按摩尔比1:1～2溶于去离子水后转移至反应釜，反应结束后离心洗涤收集沉淀，烘干后得到ZnS材料前驱体，将ZnS材料前驱体溶于去离子水中，加入有机碳源，80℃磁力搅拌至水分全部蒸发后置于惰性气氛中焙烧，制得ZnS/C复合材料；ZnS材料前驱体与有机碳源质量比为1～3:1；
[0011](5)将BaSO4掺杂的SnO2复合材料和ZnS/C复合材料混合，制得钠离子电池负极材料ZnS/C
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SnO2‑
BaSO4。
[0012]进一步地，步骤(1)中，锡源为氯化亚锡、四氯化锡、硫代锡酸钠中的一种或几种；分散剂为PEG
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400、PVP、DMF中的一种或几种；NaOH的浓度为1～2mol/L；将锡源、分散剂和NaOH溶于去离子水中，然后转移至水热反应釜密封反应，水热反应温度为120～200℃，反应时间为10～24h。
[0013]进一步地，洗涤为采用蒸馏水和无水乙醇各洗涤3次以上，烘干为在60～80℃下干燥10～12h。
[0014]进一步地，步骤(2)中，Ba(OH)2溶液与稀硫酸溶液的体积比为3～6:10～20，Ba(OH)2溶液浓度为0.5～1mol/L，稀硫酸溶液浓度为0.5mol/L；SnO2材料前驱体与去离子水比例为1g:10～30ml。
[0015]进一步地，步骤(3)中，焙烧采用5℃/min的升温速率在300～600℃下焙烧2～6h；生成的BaSO4与SnO2的质量比为1～10:100。
[0016]进一步地，步骤(4)中，锌盐为醋酸锌、硝酸锌、氯化锌中的一种或几种；硫源为硫代乙酰胺、硫化钠、硫脲中的一种或几种；有机碳源为葡萄糖、柠檬酸、淀粉、聚多巴胺中的一种或几种。
[0017]进一步地，步骤(4)中，反应温度为120～200℃，反应时间为10～24h；焙烧为600～900℃下焙烧2～6h。
[0018]进一步地，步骤(5)中，混合采用干法球磨方式混合，BaSO4掺杂的SnO2复合材料与ZnS/C复合材料混合的质量比为1:1～4；干法球磨方式中的球料比为10～40:1，转速为200～1000r/min，球磨时间为1～10h。
[0019]本专利技术还提供一种根据上述制备方法得到的掺杂BaSO4的钠离子电池负极材料。
[0020]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021](1)通过加入钡盐和硫酸根实现掺杂BaSO4的ZnS/C
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SnO2‑
BaSO4钠离子电池负极材料。
[0022](2)本专利技术方法制得的钠离子电池负极ZnS/C
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SnO2‑
BaSO4具有较好的比容量、循环稳定性和倍率性能。在SnO2材料中加入微量的BaSO4，不仅不会影响钠离子电池负极材料的电化学性能，还能起到掺杂作用，更进一步的改善电池初始容量和循环稳定性。
[0023](3)本专利技术通过高能机械球磨法制备ZnS/C
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SnO2‑
BaSO4负极材料，工艺过程简单，制备成本低，可进行商业化生产。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为对比例1 ZnS/C
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SnO2复合材料制备的钠离子负极电池在电流密度50mA
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g
‑1下的循环性能和库伦效率曲线。
[0026]图2为实施例1 3％BaSO4掺杂的ZnS/C
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SnO2‑
BaSO4复合材料制备的钠离子负极电池在电流密度50mA
·
g
‑1下的循环性能和库伦效率曲线。
[0027]图3为实施例2 5％BaSO4掺杂的ZnS/C
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SnO2‑
BaSO4复合材料制备的钠离子负极电池在电流密度50本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种掺杂BaSO4钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：(1)一步水热法制备SnO2材料：以锡源、分散剂和NaOH为原料进行水热反应，其中锡源与NaOH摩尔比1:10～15，分散剂与NaOH体积比1:1～1.5，反应结束后离心洗涤收集沉淀，烘干后得到SnO2材料前驱体；(2)将SnO2材料前驱体溶于去离子水中，缓慢加入稀硫酸溶液和Ba(OH)2溶液，室温下磁力搅拌1～3h；(3)将步骤(2)所得溶液离心洗涤收集沉淀，烘干后得到复合材料前驱体，将复合材料前驱体置于空气气氛中焙烧，得到BaSO4掺杂的SnO2复合材料；(4)碳热还原法制备ZnS/C复合材料：以锌盐、硫源为原料按摩尔比1:1～2溶于去离子水后转移至反应釜，反应结束后离心洗涤收集沉淀，烘干后得到ZnS材料前驱体，将ZnS材料前驱体溶于去离子水中，加入有机碳源，80℃磁力搅拌至水分全部蒸发后置于惰性气氛中焙烧，制得ZnS/C复合材料，所述ZnS材料前驱体与有机碳源质量比为1～3:1；(5)将BaSO4掺杂的SnO2复合材料和ZnS/C复合材料混合，制得钠离子电池负极材料ZnS/C
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SnO2‑
BaSO4。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述锡源为氯化亚锡、四氯化锡、硫代锡酸钠中的一种或几种；所述分散剂为PEG
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400、PVP、DMF中的一种或几种；所述NaOH的浓度为1～2mol/L；所述水热反应温度为120～200℃，反应时间为10～24h。...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建中，吴旭，徐浩元，郝熙娟，高宣雯，石俊杰，于凯，骆文彬，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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