一种复合负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种复合负极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种复合负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，涉及一种复合负极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]新兴的电子设备和电动汽车需要在大型能量密度的能量存储，如锂离子电池
。
由于高成本和安全问题，科学家们正在寻找锂的替代品
。
钠离子电池
(SIB)
因其高容量
、
钠含量丰富
、
低成本和环保而被认为是一种很有前途的二次电池
。
目前，
SIB
的商业化部分受到所需的阳极材料的限制，这些材料可以为大的
Na
+
插入时的体积膨胀提供更好的调节
。
[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
。
一元金属硫化物作为钠离子电池的负极材料已被广大科研人员充分研究和探索
。
[0004]CN108899493A
公开了一种纳米硫
/
金属硫化物复合材料及其制备方法和作为电极材料的应用，纳米硫
/
金属硫化物复合材料包含纳米单质硫和过渡金属硫化物纳米片；过渡金属硫化物纳米片堆积成含介孔的二维板状结构，纳米单质硫均匀分布在二维板状结构的介孔中
。
[0005]CN114335515A
公开了一种碳包覆的二硫化钴钠离子电池负极材料的制备方法，是利用钴的金属有机框架，空气下煅烧后，在室温下进行吡咯的聚合与包覆，将水和乙醇洗涤
、
干燥后的样品置于烧结炉中，在氮气气氛下，与硫粉混合后煅烧，反应制得碳包覆的二硫化钴材料
。
[0006]上述方案制得材料不可避免的面临循环稳定性差以及需要提升高倍率性能的问题，因此迫切需要开发与理论研究相结合的通用方法
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种复合负极材料及其制备方法和应用，本专利技术通过简便的水热反应和退火工艺制备了一种四硫化三钴
/
硫化亚铜
@
氮碳复合材料，
Co3S4和
Cu2S
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
。
此外，碳基体缩短了电子
/
离子的路径并减轻了体积变化的应变
。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种复合负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0010](1)
将铜源
、
钴源
、
硫源
、
氟化铵和尿素与溶剂混合得到混合溶液，经水热反应得到
Co3S4/CuS
纳米球；
[0011](2)
将所述
Co3S4/CuS
纳米球
、
十二烷基磺酸钠与水混合，加入含氮有机聚合物前体后加入聚合物引发剂，得到聚合物包覆的
Co3S4/CuS
纳米球；
[0012](3)
对所述聚合物包覆的
Co3S4/CuS
纳米球进行煅烧处理，得到所述复合负极材料
。
[0013]本专利技术通过水热反应制得
Co3S4/CuS
纳米球，在所述
Co3S4/CuS
纳米球表面包覆含
氮聚合物包覆层，再通过煅烧工艺，
CuS
中的二价铜被还原成一价铜，
Co3S4材料混合
Cu2S
材料在充放电过程中提供较多的活性位点，
Co3S4/Cu2S@NC
复合材料及它的多晶面结构和包碳后导电性增加可以大大提高了循环稳定性
、
使用寿命和电池容量，优异的结构设计使其可以承受大电流长循环，减少了充放电过程中的活性物质的损失，缓冲了充放电过程中的体积变化，减少了循环过程中活性物质材料的脱落，从而提高了负极材料的电化学性能
。
其中
Co3S4具有更好的导电性，有利于反应过程中的钠化
/
脱钠
。
[0014]优选地，步骤
(1)
所述铜源包括硝酸铜
、
氯化铜或硫酸铜中的任意一种或至少两种的组合
。
[0015]优选地，所述钴源包括硝酸钴
、
氯化钴或硫酸钴中的任意一种或至少两种的组合
。
[0016]优选地，所述硫源包括硫代乙酰胺
。
[0017]优选地，所述混合溶液中铜浓度为
0.01
～
0.05mol/L
，例如：
0.01mol/L、0.02mol/L、0.03mol/L、0.04mol/L
或
0.05mol/L
等
。
[0018]优选地，所述混合溶液中钴浓度为
0.01
～
0.05mol/L
，例如：
0.01mol/L、0.02mol/L、0.03mol/L、0.04mol/L
或
0.05mol/L
等
。
[0019]优选地，所述铜源
、
钴源
、
硫源
、
氟化铵和尿素的摩尔比为
1:(0.5
～
2):(4
～
5.5):(1
～
2):(2.5
～
3)
，例如：
1:1:4.5:1.5:2.7、1:0.5:4:1:2.5、1:1.8:5:1.6:2.7、1:1:5:2:3
或
1:2:5.5:2:3
等
。
[0020]优选地，所述溶剂包括无水乙醇
。
[0021]优选地，步骤
(1)
所述水热反应的温度为
130
～
150℃
，例如：
130℃、135℃、140℃、145℃
或
150℃
等
。
[0022]优选地，所述水热反应的时间为
10
～
14h
，例如：
10h、11h、12h、13h
或
14h
等
。
[0023]优选地，所述水热反应后，进行洗涤
。
[0024]优选地，所述洗涤包括水洗和乙醇洗
。
[0025]优选地，所述水洗的次数为4～6次，例如：4次
、5
次或6次
。
[0026]优选地，所述乙醇洗的次数为1～2次，例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)
将铜源
、
钴源
、
硫源
、
氟化铵和尿素与溶剂混合得到混合溶液，经水热反应得到
Co3S4/CuS
纳米球；
(2)
将所述
Co3S4/CuS
纳米球
、
十二烷基磺酸钠与水混合，加入含氮有机聚合物前体后加入聚合物引发剂，得到聚合物包覆的
Co3S4/CuS
纳米球；
(3)
对所述聚合物包覆的
Co3S4/CuS
纳米球进行煅烧处理，得到所述复合负极材料
。2.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述铜源包括硝酸铜
、
氯化铜或硫酸铜中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述钴源包括硝酸钴
、
氯化钴或硫酸钴中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述硫源包括硫代乙酰胺；优选地，所述混合溶液中铜浓度为
0.01
～
0.05mol/L
；优选地，所述混合溶液中钴浓度为
0.01
～
0.05mol/L
；优选地，所述铜源
、
钴源
、
硫源
、
氟化铵和尿素的摩尔比为
1:(0.5
～
2):(4
～
5.5):(1
～
2):(2.5
～
3)
；优选地，所述溶剂包括无水乙醇
。3.
如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述水热反应的温度为
130
～
150℃
；优选地，所述水热反应的时间为
10
～
14h
；优选地，所述水热反应后，进行洗涤；优选地，所述洗涤包括水洗和乙醇洗；优选地，所述水洗的次数为4～6次；优选地，所述乙醇洗的次数为1～2次；优选地，所述洗涤后进...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金云，黄孝飞，胡超权，李琳，
申请(专利权)人：安徽师范大学中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：