本发明专利技术提供了一种四硫化三钴@二硫化镍/碳复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用，通过简便的水热反应和退火工艺制备了一种碳包覆NiS2量子点复合Co3S4材料的Co3S4@NiS2/C纳米球复合材料，其中二元金属硫化物Co3S4@NiS2纳米颗粒被封装在碳层中。Co3S4和NiS2晶体之间的异质界面可以诱导内部电场以加速离子扩散动力学，提高电导率并为钠储能提供丰富的反应位点。具有高比容量、稳定的循环性能和可逆的倍率性能。性能和可逆的倍率性能。性能和可逆的倍率性能。
【技术实现步骤摘要】
一种四硫化三钴@二硫化镍/碳复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用
[0001]本专利技术属于钠离子电池复合材料
，具体涉及一种四硫化三钴@二硫化镍/碳复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用，制备的二元金属硫化物Co3S4@NiS2/C作为钠离子电池阳极材料用于制作钠离子电池。
技术介绍
[0002]随着锂离子电池应用范围日益扩大，锂的需求量大大增加，然而锂的储量是有限的，地壳中的锂元素较少且昂贵，且分布不均，这对于发展长寿命大规模储能电池来说，是一个重要问题。基于此背景，我们迫切需要开发新型的长寿命储能器件。这就使人联想到同主族的另一种碱金属钠。它具有和金属锂相似的电化学性质，而且钠在地壳中分布相当广泛，是储量丰富度排第六的元素，约占2.74％。
[0003]可充电钠离子电池(SIBs)正成为锂离子电池(LIBs)的重要补充，这要归功于其在钠资源的自然丰富性和环境友好性的基础上广泛的储能。钠离子蓄电池使用活性炭负极和钠锰基正极，水性电解液在两个电极之间传输钠离子，进行充放电，这些材料都是无毒的，电池100％可回收。钠离子蓄电池可完全充放电5000次，在每天充电一次的情况下，可以持续使用十多年。钠离子蓄电池还可以在(
‑
10)℃～(+60)℃工作，而且价格要比锂离子蓄电池低一半左右，更适合用于大规模储能，可以担负起地球可持续绿色能源开发的重任。
[0004]然而，与Li
+
相比，尺寸更大、重量更重的Na
+
会导致容量受限、循环和倍率性能较差等负面影响。SIBs的广泛应用和大规模生产极大地局限于合适的负极材料。
[0005]因此，研究合适的具有优异电化学性能的SIBs负极材料至关重要，包括高倍率容量和优异的循环耐久性。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种四硫化三钴@二硫化镍/碳复合材料及其制备方法，制备的Co3S4@NiS2/C复合材料，为不规则球状或块状结构，尺寸在1
‑
2μm，大大提高了循环稳定性、使用寿命和电池容量。
[0007]本专利技术还有一个目的在于提供一种四硫化三钴@二硫化镍/碳复合材料在钠离子电池中的应用，作为作为活性物质制备钠离子电池阳极，进而制备钠离子电池。
[0008]本专利技术具体技术方案如下：
[0009]一种四硫化三钴@二硫化镍/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]1)先水热反应制备CoS纳米球前驱体；
[0011]2)将CoS纳米球前驱体、有机配体、表面活性剂和镍源混合在溶剂中，水热反应，得到前驱体CoS@Ni
‑
MOFs纳米球；
[0012]3)将前驱体CoS@Ni
‑
MOFs纳米球和硫粉混合，保护气氛下煅烧，得到Co3S4@NiS2/C复合材料。
[0013]步骤1)中所述CoS纳米球的制备方法为：
[0014]将钴源、NH4F和尿素分散在溶剂中，再加入硫源，水热反应，即得CoS纳米球。
[0015]CoS纳米球的制备方法中，所述钴源、硫源、NH4F和尿素的摩尔比为1:4
‑
5.5:1
‑
2:2.5
‑
3；优选为1:5:1.5:3；所述钴源为可溶性钴源，优选为Co(NO3)2·
6H2O或CoSO4·
7H2O；所述溶剂为无水乙醇，所述硫源为可溶性硫源，优选为硫代乙酰胺；所述钴源的浓度为0.01
‑
0.05mol/L；所述水热反应为130～150℃反应10～14h，优选为140℃反应12h；水热反应后，进行洗涤，水洗4～6次、乙醇洗1～2次，离心，干燥温度40～80℃，时间12
‑
15h；
[0016]所制备的CoS纳米球表面较为光滑的圆球，尺寸在450
‑
550nm。
[0017]优选的，CoS纳米球的制备方法为:将0.5mmol的Co(NO3)2·
6H2O，1.5mmol的尿素，0.75mmol的氟化铵加入40mL的无水乙醇中搅拌10min，再加入2.5mmol的硫代乙酰胺搅拌10min，然后水热反应在140℃反应12h，反应结束洗涤后得到产物CoS纳米球。
[0018]步骤2)中，所述CoS纳米球前驱体、有机配体、表面活性剂和镍源的质量比为：0.08
‑
0.12：0.15：1.0
‑
1.5：0.40
‑
0.50。
[0019]步骤2)中，所述CoS纳米球前驱体在溶剂中浓度为0.002
‑
0.004g/ml；
[0020]步骤2)中，所述溶剂为水和N,N
‑
二甲基甲酰胺的混合溶液或纯的N,N
‑
二甲基甲酰胺，优选的为超纯水和N,N
‑
二甲基甲酰胺的体积比为1:1的混合溶液。
[0021]步骤2)中，所述有机配体为1,3,5
‑
均苯三酸；
[0022]步骤2)中，所述表面活性剂为聚乙烯比咯烷酮(PVP M＝58000,K29
‑
32)；
[0023]步骤2)中，所述镍源为可溶性镍盐，优选为Ni(NO3)2·
6H2O或NiSO4·
5H2O；
[0024]步骤2)中，所述水热反应的条件为150～170℃反应10～14h，优选为160℃反应12h；
[0025]步骤2)中，水热反应后，进行洗涤，水洗4～6次、乙醇洗1～2次，离心，干燥温度40～80℃，时间12
‑
15h；
[0026]步骤2)制备的CoS@Ni
‑
MOFs尺寸为500
‑
700nm。
[0027]步骤3)中所述煅烧条件为：在350℃下煅烧2小时，优选的所述煅烧，升温速率为2℃/min，置于管式炉中煅烧。
[0028]步骤3)中所述前驱体CoS@Ni
‑
MOFs纳米球和硫粉的质量比为1:5
‑
1:9；
[0029]步骤3)中所述保护性气氛为氮气或氩气；
[0030]本专利技术提供的一种四硫化三钴@二硫化镍/碳复合材料，采用上述方法制备得到，所述四硫化三钴@二硫化镍/碳复合材料不规则球状或块状结构，尺寸在1
‑
2μm。
[0031]本专利技术提供的一种四硫化三钴@二硫化镍/碳复合材料在钠离子电池中的应用，作为作为活性物质制备钠离子电池阳极，进而制备钠离子电池。
[0032]具体的，所述四硫化三钴@二硫化镍/碳复合材料为活性物质，按照8:1:1或者7:2:1的比例与导电炭黑和PVDF混合均匀后，磁力搅拌6～8小时将其均匀地分散在N
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甲基吡咯烷酮(NMP)中，将混合均匀的浆液利用涂布器涂布在铜箔上，将其放置在60～80℃的真空干燥箱中，干燥12～24小时本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种四硫化三钴@二硫化镍/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)先水热反应制备CoS纳米球前驱体；2)将CoS纳米球前驱体、有机配体、表面活性剂和镍源混合在溶剂中，水热反应，得到前驱体CoS@Ni
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MOFs纳米球；3)将前驱体CoS@Ni
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MOFs纳米球和硫粉混合，保护气氛下煅烧，得到Co3S4@NiS2/C复合材料。2.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述钴源、硫源、NH4F、尿素和的摩尔比为1:4
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5.5:1
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2:2.5
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3。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应为130～150℃反应10～14h。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述CoS纳米球前驱体、有机配体、表面活性剂和镍源的质量比为：0.08
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0.12：0.15：1.0
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1.5：0...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘金云，黄孝飞，莫秀美，罗秀，刘佳敏，张慧，徐静，韩阗俐，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：
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