一种硫空位-锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料制造技术

本发明专利技术提供了一种硫空位

【技术实现步骤摘要】
一种硫空位
‑
锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料


[0001]本专利技术涉及电池材料
，具体涉及一种硫空位
‑
锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料。

技术介绍

[0002]随着化石能源的日益短缺和环境问题的逐步凸显，发展新能源已成为全球共识。锂离子电池技术日趋成熟，目前已经占据了市场的主导地位。然而，锂资源匮乏迫使人们不得不继续开发其它先进的电池体系。钠资源储量丰富、价格低廉，且具有与锂相似的电化学性质，因此，钠离子电池成为了当前研究开发的热点。
[0003]钠离子比锂离子的半径大，因而需要晶格空间更大的正负极材料与之匹配。二硫化钼具有二维层状结构，其层间距较大，有利于钠离子的嵌入和脱出，被认为是极具发展前景的高性能钠离子负极材料。然而，二硫化钼(2H晶型)本身电导率低，电极反应迟滞，倍率性能较差；并且二硫化钼与钠发生转化反应，体积变化大，导致材料粉化，影响电池寿命。
[0004]双金属硫化物能够调节过渡金属硫化物(TMDs)内部晶体结构，增加反应活性位点和离子通道。齐鲁工业大学周国伟教授团队制备了珊瑚状结构的金属镍钴硫化物(Ni
1.01
Co
1.99
S4) 作为钠离子电池负极，结果表明双金属组分协同增强了材料的导电性和离子扩散速率，获得了比较好的倍率性能和循环性能(Nano Res.2021,14(11):4014
‑
4024.)。在众多金属中，Sn
4+
离子半径为与Mo
4+/>离子半径十分接近，容易掺入二硫化钼晶格中取代Mo 原子；并且锡资源丰富,对环境友好,SnS2本身具有较高的理论容量。此外，研究表明在氧化物中构建氧空位能够产生活性位点，提高离子扩散和材料导电性(ACS Nano.2019,13(8): 9227
–
9236.)。硫与氧处于同一主族，具有相同的电负性，在TMDs中构建硫空位可以起到与氧空位类似的效果。
[0005]为此，本专利技术提出在MoS2中同时掺入金属锡和引入硫空位，并与碳复合构筑三维纳米复合材料。利用硫空位
‑
双金属(Mo
‑
Sn)协同效应，结合碳包覆层构建的导电网络，共同增强MoS2基复合材料的电子/离子电导率和结构稳定性，从而提升其钠离子电池负极的倍率性能和循环寿命。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池负极材料，尤其提供一种硫空位
‑
锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料，该材料微观形貌是由许多纳米片组装而成的花状结构，具有丰富的嵌/脱钠反应活性位点和钠离子扩散通道，表现出高的倍率性能和良好的循环稳定性。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下：优选的，所述硫空位
‑
锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料微观形貌为由许多纳米片组装而成的花状结构；所述纳米片厚度为10～30nm，包含二硫化钼基体和碳包覆层；所述碳包覆层为整体质量的1～8％。
[0008]优选的，所述硫空位
‑
锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料中，锡与钼的原子比为 0.5:99.5～5:95，硫空位浓度(硫空位数量与二硫化钼完整晶体中硫原子数的比值)为 8～28％。
[0009]优选的，所述硫空位
‑
锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料的制备过程包括以下步骤：步骤1：按1:4的摩尔比分别称取四水合钼酸铵和硫脲，并称取一定量的四氯化锡和葡萄糖，加入适量的去离子水中，搅拌充分至完全溶解；再加入一定量的草酸，搅拌至完全溶解；将溶液转移至反应釜中，置于200～240℃的烘箱中水热反应10～12h，随炉冷却；将产物进行抽滤，用去离子水和无水乙醇分别洗涤固体滤渣数次，真空干燥。将产物置于保护气氛下煅烧，先升温至250～350℃保温10～40min，再升温至600～900℃保温2～6h以去除杂质和提高产物的结晶度。将煅烧后的产物磨细，得到锡掺杂二硫化钼复合材料。
[0010]步骤2：称取一定量步骤1所制得的锡掺杂二硫化钼复合材料，按复合材料与抗坏血酸质量比为4:1～1:1称取抗坏血酸，混合均匀后转移到球磨罐中；采用行星球磨机进行球磨，球磨转速为400～1000r/min，时间为15
‑
60min；球磨结束后，将材料与磨球分离，用去离子水洗涤材料数次；放入冰箱中冰冻12h，再真空冷冻干燥24h，取出产物研磨成粉末，即得硫空位
‑
锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料。
[0011]所述硫空位
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锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料，其碳包覆层的含量通过改变制备步骤1中所加入葡萄糖的量进行调节。
[0012]所述硫空位
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锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料，其锡与钼的原子比通过控制步骤 1中加入四氯化锡的量进行调节。
[0013]所述硫空位
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锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料，其硫空位浓度通过在步骤2中改变加入抗坏血酸的比例、球磨转速或球磨时间等参数进行调节。
[0014]本专利技术提供的硫空位
‑
锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料的有益效果在于：(1)采用本专利技术合成的硫空位
‑
锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料具有由许多纳米片组装而成的花状微观结构，增大了材料比表面积，有利于增加电极反应速率；纳米片结构有利于缩短钠离子在固相中的传输距离。
[0015](2)在MoS2晶格中掺入Sn并构建硫空位，可以丰富其嵌/脱钠反应活性位点，增加钠离子传输通道，降低电荷传输电阻和钠离子扩散势垒，有利于提升其作为钠离子电池负极材料的倍率性能。
[0016](3)本专利技术硫空位
‑
锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料具有由碳包覆层构建的导电网络，可有效增强电子/离子电导率和结构稳定性，进而提升其倍率性能和循环寿命。
[0017](4)采用本专利技术制备的硫空位
‑
锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料表现出优异的电化学性能：在1C的电流密度(1C＝667mAg
‑1)下放电，容量高于600mAh g
‑1，循环200 圈后，容量保持在400mAh g
‑1以上；并且当电流密度达到10C时，表现出良好的倍率性能。
[0018]以下结合附图对本专利技术的构思、形貌、结构及所产生的技术效果作进一步说明。
附图说明
[0019]附图是用于提供对本专利技术的进一步理解，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
图1为对比例中所得锡掺杂二硫化钼复合材料的SEM照片；图2为实施例1中所得硫空位
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锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料的SEM照片；图3为实施例1中所得硫空位
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锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料的TEM照片；图4为对比例中所得锡掺杂二硫化钼复合材料和实施例1中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫空位
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锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料，其特征在于，微观形貌为纳米片组装成的花状结构，包含二硫化钼基体和碳包覆层；所述二硫化钼基体中晶格内掺入有锡原子且含有硫空位；所述硫空位
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锡掺杂二硫化钼钠离子电池负极材料的制备过程包括以下步骤：步骤1：按1:4的摩尔比分别称取四水合钼酸铵和硫脲，并称取一定量的四氯化锡和葡萄糖，加入适量的去离子水中，搅拌充分至完全溶解；再加入一定量的草酸，充分搅拌至草酸完全溶解；将溶液转移至反应釜中，置于200~240℃的烘箱中反应10~12h，随炉冷却；将产物进行抽滤，用去离子水和无水乙醇分别洗涤固体滤渣数次，真空干燥；将产物置于保护气氛下煅烧，先升温至250~350℃保温10~40min，再升温至600~900℃保温2~6h以去除杂质和提高产物的结晶度；将煅烧后的产物磨细，得到锡掺杂二硫化钼复合材料；步骤2：称取一定量步骤1所制得的锡掺杂二硫化钼复合材料，按复合材料与抗坏血酸质量比为4:1~1:1称取抗坏血酸，混合均匀后一起转移到球磨罐中，采用行星球磨机进行球磨，球磨转速为40...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱岭，康佳，唐遥，滕飞洋，胡召阳，吴贤文，黄勇刚，
申请(专利权)人：吉首大学，
类型：发明
国别省市：