一种钠离子铁钴镍硫化物纳米片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钠离子铁钴镍硫化物纳米片的制备方法，包括如下步骤：将可溶性钾盐加入到去离子水中，搅拌至完全溶解，得到溶液A；将可溶性钴盐、可溶性铁盐、柠檬酸三钠加入到去离子水中，搅拌至完全溶解，得到溶液B；将溶液A加入到溶液B中，室温下搅拌静置，抽滤收集样品，并用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥后即得粉末产物；将步骤S3得到的粉末产物通过二次退火硫化处理，最终得到FeS/CoS/NiS纳米片。本发明专利技术制备的铁钴镍硫化物纳米片具有多孔结构，可以促进电解质的充分渗透，并且有效地缓解循环过程中钠的体积变化。该发明专利技术可以更好地应用于钠离子电池的负极材料上，拥有较好的可实施性和广泛的可推广性。实施性和广泛的可推广性。实施性和广泛的可推广性。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子铁钴镍硫化物纳米片的制备方法


[0001]本专利技术涉及钠离子电池材料制备
，具体涉及一种钠离子铁钴镍硫化物纳米片的制备方法。

技术介绍

[0002]随着进入二十一世纪，全球的能源消耗持续加快，人们对煤、石油、天然气等化石能源的大量开采，造成了全球变暖、环境污染、资源紧张等世界性难题，此时发展可再生清洁型能源是迫在眉睫。目前的潮汐能、太阳能、风能等自然可再生能源具有间歇性和不稳定性等特点，只有借助储能装置把这些清洁能源存储起来才可以利用。二次电池具有比能量高、循环寿命长、无记忆效应和无污染等优点，自20世纪90年代首次使用锂离子电池至今，锂离子电池已经发展很成熟，并且全球锂含量已经出现不足和分布不均的现象，同时锂离子电池也存在许多安全性问题，为此发展一种低成本、高性能的电化学储能新技术是必然趋势。相较于锂资源，地球上的钠储量非常丰富且容易获得，同时钠与锂处于同一主族具有相似化学特性且含量丰富，钠离子电池和锂离子电池的工作原理几乎一样，因此钠离子电池是有希望代替锂离子电池作为大规模的电网储能。钠离子电池主要由正极、隔膜、负极以及电解液组成，是一种钠离子在电池内部的正负极进行可逆的嵌入和脱嵌的可循环充放电电池，其中正极材料影响电池的容量高低和循环性。为了提高钠离子电池的电化学性能，近些年对钠离子电池的金属硫化物材料的研究受到众多学者的广泛关注。
[0003]现有技术中也有通过采用硒化铜材料作为钠离子电池负极材料，通过纳米结构设计和插层剂分子插层两种手段联用，得到钠离子电池负极材料。但是合成硒化铜的比例不易控制，如果参与反应的硒足够多，就会形成硒化二价铜，较少则容易形成硒化亚铜，并且合成硒化铜的条件也难以控制，插层剂中的十六烷基三甲基氯化铵在快速搅拌会产生大量泡沫，硒源中的亚硒酸钠与强氧化剂相遇会析出硒单质。
[0004]现有技术中还有采用电化学方法将磷化铁纳米片与生物质碳膜复合，得到无需粘结剂的磷化铁/生物质碳集成电极。但原材料石墨片价格昂贵，制备生物质碳膜中的碱性溶液易于酸性溶液反应导致降低酸溶液浓度，采用电化学方法制备磷化铁/生物质碳操作步骤复杂，且不适合大量制备，草酸材料在高温情况下会分解生成有毒的一氧化碳，而且草酸难以处理和对环境危害大，制备的磷化铁纳米片与生物质碳复合材料循环寿命较短，不易于工业化。
[0005]因此，亟需一种合成简单易于操作，合成产物稳定且产率高，能降低副产物的发生，使原材料对人体和环境危害小且易于工业化的新的制备工艺。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种钠离子铁钴镍硫化物纳米片的制备方法，用简单的共沉淀制备三元金属硫化物前驱体纳米片，得到的三元金属硫化物电化学活性强，同时减少了对环境的危害，简化了合成步骤，降低副产物的产生，解决了上述

技术介绍
中提到的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种钠离子铁钴镍硫化物纳米片的制备方法，所述铁钴镍硫化物纳米片为阵列排列结构，尺寸均一，所述尺寸大小为2
‑
3μm。
[0008]优选的，所述制备方法包括如下步骤：
[0009]S1、将可溶性钾盐加入到去离子水中，搅拌至完全溶解，得到溶液A；
[0010]S2、将可溶性钴盐、可溶性铁盐、柠檬酸三钠加入到去离子水中，搅拌至完全溶解，得到溶液B；
[0011]S3、将溶液A加入到溶液B中，室温下搅拌静置，抽滤收集样品，并用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥后即得粉末产物；
[0012]S4、将步骤S3得到的粉末产物通过二次退火硫化处理，最终得到FeS/CoS/NiS纳米片。
[0013]优选的，所述的可溶性钾盐的摩尔浓度为20mM。
[0014]优选的，所述的可溶性钴盐、可溶性铁盐、柠檬酸三钠的摩尔比为1:1:0.75。
[0015]优选的，所述的可溶性钾盐是镍氢化钾；所述的可溶性钴盐四水乙酸钴；所述的可溶性铁盐是四水乙酸铁。
[0016]优选的，所述步骤S3中的搅拌时间是30min；所述的真空干燥具体是在温度为60
‑
80℃干燥5h。
[0017]优选的，所述步骤S3中溶液A与溶液B的体积比为：1:1。
[0018]优选的，所述步骤S4中的二次退火硫化处理具体是：将粉末产物在氮气氛围下升温到500
‑
680℃，保温1
‑
2h；待退火处理后再将粉末样品在氮气氛围下升温到500
‑
680℃，保温1
‑
2h。
[0019]优选的，所述步骤S4中的二次退火硫化处理具体是：将粉末产物在氮气氛围下升温到60℃，保温2h；待退火处理后再将粉末样品在氮气氛围下升温到600℃，保温2h。
[0020]优选的，所述的升温速率为1
‑
3℃/min。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1)本专利技术方法采用可溶性钴盐和可溶性铁盐，带来的直接效果是生成三元金属硫化物前驱体纳米片，用十六烷基三甲基氯化铵则不易生成纳米片，间接效果则是制备的电极材料用作钠离子电池的负极材料时，用可溶性钴盐和可溶性铁盐制备的电极的电化学性能更好，因为可溶性钴盐的钴离子和可溶性铁盐的铁离子中更容易参与硫化反应，生成稳定的纳米片；
[0023]2)本专利技术制备的三元金属硫化物纳米片的阵列排列整齐，外面有碳层包覆，表面粗糙，具有较高的比表面积，当作为钠离子电池的负极材料时，有利于钠离子的嵌入与脱出，更好地缓解充放电过程中引起的体积膨胀，保持纳米片结构的稳定性，大幅度提高钠离子电池的电化学性能，并且由于多金属间的协同作用，还提高了电池的比容量，可以很好地降低生产成本；
[0024]3)本专利技术制备原材料价格低廉，对环境友好，制备工艺简单，易于实施。制备得到的三元金属硫化物电化学活性强，超长的循环寿命，生产稳定且产率高，便于工业大量生产。制备的铁钴镍硫化物纳米片具有多孔结构，可以促进电解质的充分渗透，并且有效地缓解循环过程中钠的体积变化。该专利技术可以更好地应用于钠离子电池的负极材料上，拥有较
好的可实施性和广泛的可推广性。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1制备的铁钴镍硫化物的扫描电镜图，图1(a)和图1(b)为在低倍率下，图1(c)为高倍率下的扫描电镜图；
[0026]图2为本专利技术实施例1制备的铁钴镍硫化物的循环伏安曲线图；
[0027]图3为本专利技术实施例1制备的铁钴镍硫化物的循环性能图；
[0028]图4为本专利技术实施例1制备的铁钴镍硫化物的X射线衍射图谱。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子铁钴镍硫化物纳米片的制备方法，其特征在于，所述铁钴镍硫化物纳米片为阵列排列结构，尺寸均一，所述尺寸大小为2
‑
3μm。2.根据权利要求1所述的钠离子铁钴镍硫化物纳米片的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：S1、将可溶性钾盐加入到去离子水中，搅拌至完全溶解，得到溶液A；S2、将可溶性钴盐、可溶性铁盐、柠檬酸三钠加入到去离子水中，搅拌至完全溶解，得到溶液B；S3、将溶液A加入到溶液B中，室温下搅拌静置，抽滤收集样品，并用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥后即得粉末产物；S4、将步骤S3得到的粉末产物通过二次退火硫化处理，最终得到FeS/CoS/NiS纳米片。3.根据权利要求2所述的钠离子铁钴镍硫化物纳米片的制备方法，其特征在于：所述的可溶性钾盐的摩尔浓度为20mM。4.根据权利要求2所述的钠离子铁钴镍硫化物纳米片的制备方法，其特征在于：所述的可溶性钴盐、可溶性铁盐、柠檬酸三钠的摩尔比为1:1:0.75。5.根据权利要求2所述的钠离子铁钴镍硫化物纳米片的制备方法，其特征在于：所述的可溶性钾盐是镍氢化钾；所述的可溶性钴盐四水乙酸钴；所述的可溶性铁盐是四水乙酸铁。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海斌，陈蓝涛，郑永军，钱伟，瞿忱，卜宗豪，王茂华，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：