FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料及其在钠离子电池负极材料中的应用。FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料，它包括内核和外壳，内核为Fe3O4，外壳为FeS；本发明专利技术所提供的FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料，包括两种制备方法，方法一利用表面硫化制备该纳米复合材料，方法二利用表面包覆制备该纳米材料；制备方法简单，原料廉价，形貌均一，可大规模制备，作为钠离子电池负极材料时表现出了优异的储钠性能，尤其是循环稳定性，这得益于复合材料内部Fe3O4与外部FeS所产生的协同作用，其结合了Fe3O4优异的循环性能以及FeS的高容量特点，是一种有希望应用的钠离子电池负极材料。

Fe3O4 nanocomposite FeS coating and its application

The present invention discloses a FeS coated Fe3O4 nanocomposite and its application in the negative electrode material of sodium ion battery. Fe3O4 nanocomposite FeS coating, which comprises the core and shell, kernel Fe3O4, shell FeS; Fe3O4 nano composite material provided by the invention is coated with FeS, including two kinds of preparation methods, a method of using surface curing preparation of the nano composite material, preparation method using two coating on the surface of the nano material; the preparation method is simple, cheap raw materials, uniform morphology, large-scale preparation, as anode materials of sodium ion battery showed sodium storage with excellent performance, especially the cycle stability, synergistic effect due to the internal and external Fe3O4 composite materials produced by FeS, the combination of high capacity Fe3O4 excellent cycle characteristics the performance and FeS, is a promising application of sodium ion battery cathode material.

【技术实现步骤摘要】
FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料及其应用
本专利技术属于纳米材料与钠离子二次电池
，具体涉及FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料及其应用。
技术介绍
在诸多的储能设备中，锂离子电池由于具有高能量密度、绿色高效，安全稳定，无记忆效应等优点，已广泛应用于各种便携式电子产品、电动工具以及储能设备。但随着锂需求量的增加，锂资源面临枯竭，相比之下，钠元素在地壳中的储量极其丰富，并且钠离子电池与锂离子电池具有相似的储能机理，因此受到了广泛关注。然而，钠离子的半径大于锂离子，导致已商业化的高性能锂电负极无法直接用于钠离子电池，目前还没有一种可以量产和商业化的钠离子电池负极材料，因此，发展一种廉价的、可商业化的钠离子电池负极材料是当务之急。过渡金属氧化物，如Fe3O4应用于锂电负极是具有较高的容量，然而在作为钠离子电池负极时却表现出极低的电化学活性，意外的是其循环性能非常好。过渡金属硫化物，如FeS由于具有较高的理论比容量且廉价而受到了广泛关注。但是其面临着较为严重的容量衰减的问题，主要是由于其本身的结构在循环过程中不稳定所造成的。目前已经有少量报道通过引入碳材料在一定程度上提高其循环性能，但是，一方面改善后的循环性能仍然较为有限，另一方面材料的合成的方法较为复杂，产量很低，成本相应很高，基本无法量产。所以开发一种合成方法简单的，高性能的，并且可量产的钠离子电池负极材料是十分关键的。这里，我们通过两种简单的方案以Fe3O4为原料，制备了一类新的FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料，其作为钠离子电池负极材料在保留了Fe3O4的长循环稳定性的基础上大幅提高了其容量和倍率性能。复合材料表现出了优异的倍率和循环性能。这是在已报道的基于FeS的钠离子电池负极材料中循环性能最好的材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决Fe3O4作为钠离子负极材料时容量低和FeS作为钠离子电池负极材料时循环性能差的问题，提出了一种新的容量高、循环稳定性好的FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料。FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料，它包括：内核和外壳，内核为Fe3O4，外壳为FeS；所述的Fe3O4为微或纳米粉末；FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的制备方法，它包括：1）将Fe3O4粉末和硫粉按质量比1：0.5-3混合研磨；2）升温至450-600℃，煅烧2-8h；得到FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料；步骤2）中所述的升温，升温速率为2℃/min；步骤2）中所述的升温，温度为450-500℃；所述的煅烧时间为2-4h；步骤2）中所述的升温，温度为500℃；所述的煅烧时间为4h。FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的制备方法，它包括：1）将吐温-80、Fe3O4和Fe(NO3)3·9H2O加入到蒸馏水中，超声分散；所述的吐温-80、Fe3O4、Fe(NO3)3·9H2O和蒸馏水的质量比为4-6:2-6:10-15:120-160；2）边搅拌边加入Na2S·9H2O；所述的Na2S·9H2O与上述Fe(NO3)3·9H2O的质量比为8-16:10-15；3）搅拌、离心分离得到固体粉末，用无水乙醇洗涤，真空干燥；得到FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料；步骤3）中所述的搅拌的时间为0.5-8h；所述的真空干燥温度为20-80℃，时间为8-12h；步骤3）中所述的搅拌的时间为1-6h；所述的真空干燥温度为40-80℃，时间为10-12h。FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料在制备钠离子电池电极材料中的应用。本专利技术提供了FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料，它包括内核和外壳，内核为Fe3O4，外壳为FeS；FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的两种制备方法，方法一包括：将Fe3O4粉末和硫粉按质量比1：0.5-3混合研磨；升温至450-600℃，煅烧2-8h；得FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料；方法二包括：将吐温-80、Fe3O4和Fe(NO3)3·9H2O加入到蒸馏水中，超声分散；边搅拌边加入Na2S·9H2O；搅拌、离心分离得到固体粉末，用无水乙醇洗涤，真空干燥，得到FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料；本专利技术所提供的FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料，制备方法简单，原料廉价，形貌均一，可大规模制备；作为钠离子电池负极材料时表现出了优异的储钠性能，尤其是循环稳定性，这得益于复合材料内部Fe3O4与外部FeS所产生的协同作用，其结合了Fe3O4优异的循环性能以及FeS的高容量特点，是一种有希望应用的钠离子电池负极材料。附图说明图1FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的合成方案示意图；图2FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料与Fe3O4的XRD图；图3FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的（a）扫描电子显微镜照片，（b）透射电子显微镜照片以及（c）高分辨透射电子显微镜照片；图4FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料与Fe3O4作为钠离子电池负极材料时的循环伏安曲线对比；图5FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料与Fe3O4作为钠离子电池负极材料时的倍率性能对比；图6FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料与Fe3O4作为钠离子电池负极材料时的循环性能对比。具体实施方式实施例1FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的制备将Fe3O4粉末和硫粉按质量比1:0.5置于研钵中混合研磨，然后将得到的粉末转移至刚玉瓷舟中，平铺均匀，盖上盖子，然后将刚玉瓷舟置于管式炉中，按照2℃/min的升温速率升至500℃，恒温煅烧4h，得到的粉末为FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料。实施例2FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的制备按质量比1:1将Fe3O4纳米粉末和硫粉置于研钵中混合研磨，然后将得到的粉末转移至刚玉瓷舟中，平铺均匀，盖上盖子，然后将刚玉瓷舟置于管式炉中，按2℃/min的升温速率升至500℃，恒温煅烧4h，得到的粉末为FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料。实施例3FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的制备按质量比1:2将Fe3O4粉末和硫粉置于研钵中混合研磨，然后将得到的粉末转移至刚玉瓷舟中，平铺均匀，盖上盖子，然后将刚玉瓷舟置于管式炉中，按2℃/min的升温速率升至500℃，恒温煅烧4h，得到的粉末为FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料。实施例4FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的制备按质量比1:3将Fe3O4粉末和硫粉置于研钵中混合研磨，然后将得到的粉末转移至刚玉瓷舟中，平铺均匀，盖上盖子，然后将刚玉瓷舟置于管式炉中，按2℃/min的升温速率升至500℃，恒温煅烧4h，得到的粉末为FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料。实施例5FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的制备按质量比1:1将Fe3O4粉末和硫粉置于研钵中混合研磨，然后将得到的粉末转移至刚玉瓷舟中，平铺均匀，盖上盖子，然后将刚玉瓷舟置于管式炉中，按2℃/min的升温速率升至500℃，恒温煅烧2h，得到的粉末为FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料。实施例6FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的制备将Fe3O4粉末和硫粉按质量比1:1置于研钵中混合研磨，然后将得到的粉末转移至刚玉瓷舟中，平铺均匀，盖上盖子，然后将刚玉瓷舟置于管式炉中，按照2℃/min的升温速率升至500℃，恒温煅烧8h，得到的粉末为FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料。实施例7FeS本文档来自技高网...

【技术保护点】
FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料，其特征在于：它包括：内核和外壳，内核为Fe3O4，外壳为FeS。

【技术特征摘要】
1.FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料，其特征在于：它包括：内核和外壳，内核为Fe3O4，外壳为FeS。2.根据权利要求1所述的FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料，其特征在于：所述的Fe3O4为微或纳米粉末。3.FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的制备方法，它包括：1）将Fe3O4粉末和硫粉按质量比1：0.5-3混合研磨；2）升温至450-600℃，煅烧2-8h，得到FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料。4.根据权利要求3所述的FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述的升温，升温速率为2℃/min。5.根据权利要求4所述的FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料，其特征在于：步骤2）中所述的升温，温度为450-500℃；所述的煅烧时间为2-4h。6.根据权利要求5所述的FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料，其特征在于：步骤2）中所述的升温，温度为500℃；所述的煅烧时间为4h。7.FeS包覆的Fe3O4纳米复合材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兴隆，侯宝华，王莺莺，吕红艳，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22