一种在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备方法技术

一种在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备方法，它涉及钠离子电池负极材料的制备方法。本发明专利技术要解决现有过渡金属硫属化物循环性能和倍率性能较差的问题，同时解决现有过渡金属硫属化物以粉末的形式存在，电极制备过程中使用聚合物粘结剂和导电添加剂，导致电化学性能降低的问题。制备方法：一、碳布上生长双金属氧化物；二、在碳布上生长过渡双金属硫属化物阵列。本发明专利技术用于在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备。属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备。属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及钠离子电池负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来能源危机和环境问题日益加剧，为了实现社会的可持续发展，必须调整当前的能源配置结构，能源危机和环境污染是21世纪面对的最大难题，也是长久以来被各个国家的各行各业广泛关注的热点问题，随着现代社会科技的进步和人们生活水平以及物质需求的提高，现有的传统能源尤其是化石能源已经不能满足当今社会的需要，新能源便随之应运而生。锂离子电池作为一种二次能源体系，其应用已经从小型电子设备向高能量密度，大功率的动力系统如电动汽车发展。然而锂离子电池的原料和成本仍在一定程度上限制了其在未来进一步的广泛应用。钠作为一种广泛存在于自然界的元素，其丰度比锂的丰度高三个数量级。钠金属和钠盐的成本也远低于锂金属和锂盐。因而，开发基于钠和钠离子的二次储能体系是一个非常合理和有前景的选择。
[0003]钠离子半径比锂离子半径大近三分之一，这使得钠离子的嵌入与脱出需要更大的隧道和空间。钠离子电池的发展瓶颈在于缺乏合适的储钠电极材料。因此寻找髙比容量与长寿命的储钠电极材料是目前的一个研究热点。近年来，由于过渡金属硫属化物具有高的理论容量和安全性高等优势备受关注。其中Ni
‑
S、Fe
‑
S、Co9Se8和Cu
‑
Se更是表现出优异的电化学活性。但是由于电子电导率低、体积膨胀和电解质分解等问题导致其循环性能和倍率性能较差。且现有过渡金属硫属化物基本以粉末的形式存在，电极制备过程中不可避免的会使用到聚合物粘结剂和导电添加剂，不仅会减少接触面积，降低能量密度，还阻碍了电解质离子的渗透到电极，导致电化学性能降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决现有过渡金属硫属化物循环性能和倍率性能较差的问题，同时解决现有过渡金属硫属化物以粉末的形式存在，电极制备过程中使用聚合物粘结剂和导电添加剂，导致电化学性能降低的问题，而提供一种在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备方法。
[0005]一种在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备方法，它是按以下步骤进行的：
[0006]一、碳布上生长双金属氧化物：
[0007]在搅拌条件下，将第一过渡金属盐及第二过渡金属盐溶解于蒸馏水中，并加入氟化铵和尿素，得到混合溶液，将混合溶液置于不锈钢高压釜中，再将预处理的碳布浸入到混合溶液中，在温度为120℃～150℃的条件下保持4h～6h，然后冷却至室温，洗涤并干燥，得到前驱体阵列样品，在空气环境下，以升温速度为1℃/min～3℃/min，将前驱体阵列样品升温至350℃～400℃，并在温度为350℃～400℃的条件下，加热1h～3h，得到生长双金属氧化
物阵列的碳布；
[0008]所述的第一过渡金属盐与第二过渡金属盐的摩尔比为1:(0.25～2)；所述的第一过渡金属盐的摩尔与蒸馏水的体积比为1mmol:(20～30)mL；所述的第一过渡金属盐与氟化铵的摩尔比为1:(3～4)；所述的第一过渡金属盐与尿素的摩尔比为1:(5～6)；
[0009]二、在碳布上生长过渡双金属硫属化物阵列：
[0010]将生长双金属氧化物阵列的碳布浸渍于Na2S溶液或NaHSe溶液中，然后置于密封的不锈钢高压釜中，并在温度为160℃～200℃的条件下，保持6h～20h，最后冷却至室温，洗涤并干燥，得到在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012]1、首先本专利技术以柔性碳布做基底原位生长结构独特的阵列，阵列大小均匀，且具有疏松多孔的特点，这样为充放电过程提供了更多的电子通道，有利于电池电化学反应的进行。其次将铁离子引入Ni
‑
S中或将铜离子引入Co9Se8中，利用第二过渡金属离子激活第一过渡金属离子的协同效应增强材料导电率。所述制备方法制得的阵列作为负极材料应用于钠离子电池中，由于多方面的共同作用，显著改善了钠离子电池的循环稳定性，提升了电池的容量与使用寿命，对实现钠离子电池工业化具有积极的意义。
[0013]因此，本专利技术制备的在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料具有高比容量(比容量可达254mAh g
‑1～1500mAh g
‑1)、高倍率性能(倍率性能可达400mAh g
‑1～1500mAh g
‑1)以及高循环稳定性(循环稳定性可达150圈～180圈)。
[0014]2、本专利技术可直接制备得到电极材料，无需添加粘结剂和导电剂，粘结剂和导电剂的添加，不仅会减少接触面积，降低能量密度，还阻碍了电解质离子的渗透到电极，导致电化学性能降低。
[0015]本专利技术用于一种在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备方法。
[0016]说明书附图
[0017]图1为实施例一制备的在柔性碳布基底上原位生长NiFe
‑
S的钠离子电池负极材料扫描电镜图；
[0018]图2为实施例一制备的在柔性碳布基底上原位生长NiFe
‑
S的钠离子电池负极材料倍率性能图；
[0019]图3为实施例一制备的在柔性碳布基底上原位生长NiFe
‑
S的钠离子电池负极材料循环性能图；
[0020]图4为实施例一制备的在柔性碳布基底上原位生长NiFe
‑
S的钠离子电池负极材料充放电曲线性能图，A为第一次至第五次充电重合曲线，B为第一次放电，C为第二次至第五次放电重合曲线；
[0021]图5为实施例四制备的在柔性碳布基底上原位生长Cu
‑
Co9Se8的钠离子电池负极材料扫描电镜图；
[0022]图6为XRD图，1为实施例四制备的在柔性碳布基底上原位生长Cu
‑
Co9Se8的钠离子电池负极材料，2为对比实验制备的在柔性碳布基底上原位生长Co9Se8的钠离子电池负极材料，
◆
为碳布；
[0023]图7为实施例四制备的在柔性碳布基底上原位生长Cu
‑
Co9Se8的钠离子电池负极材
料充放电曲线性能图，1为第一次充电，2为第二次充电，3为第三次充电，4为第一次放电，5为第二次放电，6为第三次放电；
[0024]图8为实施例四制备的在柔性碳布基底上原位生长Cu
‑
Co9Se8的钠离子电池负极材料循环性能图。
具体实施方式
[0025]具体实施方式一：本实施方式一种在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备方法，它是按以下步骤进行的：
[0026]一、碳布上生长双金属氧化物：
[0027]在搅拌条件下，将第一过渡金属盐及第二过渡金属盐溶解于蒸馏水中，并加入氟化铵和尿素，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：一、碳布上生长双金属氧化物：在搅拌条件下，将第一过渡金属盐及第二过渡金属盐溶解于蒸馏水中，并加入氟化铵和尿素，得到混合溶液，将混合溶液置于不锈钢高压釜中，再将预处理的碳布浸入到混合溶液中，在温度为120℃～150℃的条件下保持4h～6h，然后冷却至室温，洗涤并干燥，得到前驱体阵列样品，在空气环境下，以升温速度为1℃/min～3℃/min，将前驱体阵列样品升温至350℃～400℃，并在温度为350℃～400℃的条件下，加热1h～3h，得到生长双金属氧化物阵列的碳布；所述的第一过渡金属盐与第二过渡金属盐的摩尔比为1:(0.25～2)；所述的第一过渡金属盐的摩尔与蒸馏水的体积比为1mmol:(20～30)mL；所述的第一过渡金属盐与氟化铵的摩尔比为1:(3～4)；所述的第一过渡金属盐与尿素的摩尔比为1:(5～6)；二、在碳布上生长过渡双金属硫属化物阵列：将生长双金属氧化物阵列的碳布浸渍于Na2S溶液或NaHSe溶液中，然后置于密封的不锈钢高压釜中，并在温度为160℃～200℃的条件下，保持6h～20h，最后冷却至室温，洗涤并干燥，得到在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的一种在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的预处理的碳布为依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗10min～15min后得到。3.根据权利要求1所述的一种在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于步骤一及步骤二中所述的洗涤并干燥具体为用水和乙醇冲洗数次，然后在温度为60℃～80℃的条件下，干燥12h～24h。4.根据权利要求1所述的一种在柔性碳布基底上原位生长过渡双金属硫属化物的钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓航，王佩稼，叶振宇，钟文杰，隋解和，蔡伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：