一种异质材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种异质材料、其制备方法及应用。所述异质材料包括泡沫镍和负载在所述泡沫镍上的硫化镍和磷化镍。所述异质材料通过泡沫镍、硫源和磷源混合后进行热处理而制备得到。所述异质材料用于制备钠金属电池负极材料，具有较低的费米能级，可以阻止电解液的分解，诱导产生均匀的固态电解质界面，从而限制钠枝晶的生长，限制钠金属沉积/剥离过程中负极材料的体积变化，展现出较小的形核过电位和循环性能。所述负极材料在发展高性能长寿命钠金属电池体系中具有良好的应用前景。金属电池体系中具有良好的应用前景。金属电池体系中具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种异质材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及金属电池的
，具体涉及一种异质材料、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]钠金属负极因其1166mAh g
‑1的高容量和低氧化还原电位(
‑
2.714V，标准氢电极)而被认为是钠基电池的潜在候选阳极。然而，枝晶生长、安全问题和较差的循环性阻碍了钠金属负极的实际应用。现有技术中，具有丰富钠成核位点的高表面积集流体已被证明能够减轻局部电流密度，减小钠核尺寸，并导致钠枝晶的均匀生长。另外，优化电解质成分、构建工程功能隔膜以及构建人工固态电解质层(SEI)也可以有效改善钠枝晶的生长。
[0003]有研究报道，初始阶段钠成核行为和在集流体上形成的SEI的性质非常重要，因为它们控制了钠沉积状态的顺序演变，而SEI的微观结构和钠的成核行为可以通过调整集流体表面的费米能级来修改。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种异质材料、其制备方法及应用。所述异质材料用于制备钠金属负极材料时具有更低的费米能级，能诱导产生均匀的固体电解质界面，抑制钠枝晶产生并限制钠金属沉积/剥离过程中的体积变化。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种异质材料，包括泡沫镍和负载在所述泡沫镍上的硫化镍和磷化镍。
[0006]优选地，所述泡沫镍、硫化镍和磷化镍的质量比为(5～20):(0.1～0.9):(0.1～0.9)。
[0007]优选地，所述硫化镍和磷化镍原位负载在所述泡沫镍上。
[0008]第二方面，本专利技术提供一种所述异质材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]将泡沫镍、硫源和磷源混合后，进行热处理，得到所述异质材料。
[0010]优选地，所述硫源包括苯基硫脲、硫脲、硫代乙酰胺、双硫仑或硫平酸中的任意一种或多种。
[0011]优选地，所述磷源包括三苯基膦、三苄基膦、环已基膦、三丁基膦或苯膦酸中的任意一种或多种。
[0012]优选地，所述热处理的温度为700～900℃，所述热处理的时间为6～8h。
[0013]第三方面，本专利技术提供一种钠金属负极材料，包括异质材料和沉积在所述异质材料表面的钠金属；
[0014]所述异质材料包括泡沫镍和负载在所述泡沫镍上的硫化镍和磷化镍。
[0015]优选地，所述泡沫镍、硫化镍和磷化镍的质量比为(5～20):(0.1～0.9):(0.1～0.9)。
[0016]优选地，所述硫化镍和磷化镍原位负载在所述泡沫镍上。
[0017]第四方面，本专利技术提供一种钠金属电池，包括所述的钠金属负极材料。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0019]本专利技术提供了一种泡沫镍负载的硫化镍和磷化镍的异质材料用于制备钠金属电池负极材料，其具有较低的费米能级，可以阻止电解液的分解，诱导产生均匀的固态电解质界面，从而限制钠枝晶的生长，限制钠金属沉积/剥离过程中负极材料的体积变化，展现出较小的形核过电位和循环性能。所述负极材料在发展高性能长寿命钠金属电池体系中具有良好的应用前景。
附图说明
[0020]图1为Ni3S2/Ni3P@NF、Ni3S2@NF和Ni3P@NF材料的XRD图谱；
[0021]图2为Ni3S2/Ni3P@NF、Ni3S2@NF和Ni3P@NF材料的SEM图像，其中，图2a为Ni3S2/Ni3P@NF材料的SEM图像，图2b为Ni3S2@NF材料的SEM图像，图2c为Ni3P@NF材料的SEM图像；
[0022]图3为Ni3S2/Ni3P@NF、Ni3S2@NF、Ni3P@NF材料以1mA cm
‑2的电流密度沉积1mAh cm
‑2容量的钠金属的循环库伦效率图；
[0023]图4为Ni3S2/Ni3P@NF、Ni3S2@NF、Ni3P@NF材料以1mA cm
‑2的电流密度沉积1mAh cm
‑2容量的钠金属的电镀曲线图；
[0024]图5为以Ni3S2/Ni3P@NF@Na、Ni3S2@NF@Na和Ni3P@NF@Na为对电极组装的对称电池的循环时间
‑
电压曲线图；
[0025]图6为Ni3S2/Ni3P@NF、Ni3S2@NF、Ni3P@NF材料分别在初始电位、放电至1.0V、放电至0.01V的UPS图，其中，图6a为Ni3P@NF在初始电位、放电至1.0V、放电至0.01V的UPS图，图6b为Ni3S2@NF在初始电位、放电至1.0V、放电至0.01V的UPS图，图6c为Ni3S2/Ni3P@NF在初始电位、放电至1.0V、放电至0.01V的UPS图；
[0026]图6a中的1、2、3分别表示Ni3P@NF在放电至0.01V、放电至1.0V和初始电位(0cv)的情况，图6b中的1、2、3分别表示Ni3S2@NF在放电至0.01V、放电至1.0V和初始电位(0cv)的情况，图6c中的1、2、3分别表示在放电至0.01V、放电至1.0V和初始电位(0cv)的情况；
[0027]图7为Ni3S2/Ni3P@NF、Ni3S2@NF和Ni3P@NF钠化后的费米能级随放电电位变化的情况图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术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。
[0029]本专利技术对所涉及的所有原料的来源没有特殊的限制，从市场上购买或者按照本领域技术人员熟知的常规制备方法制备得到的即可。
[0030]本专利技术提供一种异质材料，包括泡沫镍和负载在所述泡沫镍上的硫化镍和磷化镍。
[0031]在本专利技术中，所述硫化镍和磷化镍优选原位负载在所述泡沫镍上。所述泡沫镍、硫化镍和磷化镍的质量比优选为(5～20):(0.1～0.9):(0.1～0.9)，更优选为(5～15):(0.1～0.9):(0.1～0.9)，最优选为10:(0.1～0.9):(0.1～0.9)。
[0032]需要注意的是，因为硫化镍和磷化镍是通过硫源和磷源与泡沫镍反应生成的，且在反应过程中，与泡沫镍反应生成的固体仅有硫化镍和磷化镍，因此硫化镍和磷化镍的质量百分含量总和为100％，即在上述的质量比中，当硫化镍对应的取值为0.1时，磷化镍对应的取值为0.9。
[0033]本专利技术还提供一种所述异质材料的制备方法，包括如下步骤：
[0034]将泡沫镍、硫源和磷源混合后，进行热处理，得到所述异质材料。
[0035]本专利技术对泡沫镍的来源没有特别的限制，为一般市售品即可。在本专利技术中，所述泡沫镍与磷源和硫源混合之前，优选采用溶剂对泡沫镍进行预处理以除去其表面存在的一些杂质。在本专利技术中，所述溶剂优选包括水、乙醇或丙酮中的任意一种或多种，所述水包括超纯水、去离子水或纯净水中的任意一种或多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质材料，包括泡沫镍和负载在所述泡沫镍上的硫化镍和磷化镍。2.根据权利要求1所述的异质材料，其特征在于，所述泡沫镍、硫化镍和磷化镍的质量比为(5～20):(0.1～0.9):(0.1～0.9)。3.根据权利要求1所述的异质材料，其特征在于，所述硫化镍和磷化镍原位负载在所述泡沫镍上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的异质材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将泡沫镍、硫源和磷源混合后，进行热处理，得到所述异质材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述硫源包括苯基硫脲、硫脲、硫代乙酰胺、双硫仑或硫平酸中的任意一种或多种；所述磷源包括三苯基膦、三苄基膦、环已基膦、三丁基膦或苯膦...

【专利技术属性】
技术研发人员：余彦，黄慧娟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：