【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及负极材料，具体涉及一种负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、设计兼具高容量和高倍率性能的负极材料能够进一步提升钠离子电池的储钠性能。合金化负极由于其理论比容量高的优点，被认为是钠离子电池的潜在负极材料。然而，合金化负极在电池循环过程中发生的合金化反应将导致材料产生巨大体积膨胀，限制了其在负极材料中的应用。而转化型负极嵌钠后形成金属纳米点，在储能上可以提供额外的电容贡献，同时形成丰富的异质界面。但转化型负极嵌钠电位普遍较高，因此电池电压窗口较低，限制了材料的实际应用。
2、通过设计具备转化-合金化型双金属化合物特性的钠电负极材料能够使负极材料兼具转化型和合金化负极的优点。设计异质结构是常见的结合两种不同性质材料的方式，chen等人通过一步水热法合成了嵌入mos2纳米片中的mns纳米颗粒构建的异质结构，利用异质结构带来的相变和内置电场增强了钠离子插层动力学，提高了电荷传输，并缓解了体积膨胀(adv. funct. mater. 2021, 31, 2007132)。chen等人通过原位引入fes2与sns2在还原氧化石墨烯(rgo)上同步生长，设计并制备了sns2/fes2/rgo异质结双金属硫化物纳米片。该纳米片改善了异质界面的电荷转移，为体积膨胀提供了足够的空间，提高了负极材料的结构稳定性。(acs appl. mater. interfaces 2021, 13, 39248–39256)。li等人结合zif-8和zif-67双碳框架以及co和sb3+离子交换法制备了封装在掺氮碳和碳纳米管的互穿
技术实现思路
1、本专利技术针对现在钠电负极材料存在的缺陷，通过设计使负极材料兼具转化型和合金化负极的优点。对于转化型负极，引入合金化负极成分可以降低材料的充电平台，降低电池整体电压；另一方面，对于合金化负极，转化型负极在脱嵌钠过程中形成过渡金属纳米点，帮助分散合金化成分，有助于限制合金化负极的体积膨胀和金属颗粒的团聚，同时过渡金属纳米点提供部分赝电容储钠位点，有助于容量提升。
2、本专利技术第一方面提供一种负极材料的制备方法，将铜源、磷源与硫源混合研磨，然后在无氧的环境中烧结，得到所述负极材料，所述铜源、磷源与硫源的摩尔比为1：（0.5~1）：（1~3），所述烧结的温度为300~600℃。例如可以是300~350℃、350~400℃、400~450℃、450~500℃、550~600℃等。更优选地，所述烧结的温度为350~600℃。
3、本专利技术中的磷源与硫源可在放电过程中分别发生合金化反应和转化反应来提供高容量，铜源在放电过程中转化为铜纳米点，提高电极的导电性和循环稳定性。
4、优选地，所述铜源选自硫化铜或硫化亚铜中的一种或多种。
5、优选地，所述磷源选自三硫化四磷或五硫化二磷中的一种或多种。
6、优选地，所述硫源选自三硫化四磷、五硫化二磷、硫化铜或硫化亚铜中的一种或多种。
7、优选地，所述无氧的环境中的气体选自氮气或氦气中的一种或者多种；或所述无氧的环境为真空环境。
8、优选地，所述烧结的时间为12~48h，例如可以是12~14h、14~16h、16~18h、18~20h、20~22h、22~24h、24~26h、26~28h、28~30h、32~34h、34~36h、36~38h、38~40h、40~42h、42~44h、44~46h、46~48h等。
9、更优选地，所述烧结的时间为24~36h。
10、本专利技术第二方面提供一种负极材料，采用上述的负极材料的制备方法制得。
11、优选地，a1）所述负极材料的化学式为cups3。
12、优选地，a2）所述负极材料有转化型和合金化型负极材料特性，具有高容量，高循环稳定性的电化学储放钠特性。
13、具体地，以钠为对电极说明，
14、转化型特性指的是：铜源在嵌钠过程中得到电子，形成高导电性铜单质纳米点，此过程伴随表面原位生成硫化钠，形成金属与原位生成硫化钠的界面复合结构；
15、合金化型指的是：所述磷源与硫源嵌钠后形成分散于单质铜纳米点基质中的p-na合金和硫化钠成分，可提供高储钠容量。
16、优选地，a3）所述负极材料的可逆比容量为400~900 ma h g-1，例如可以是400~450ma h g-1、450~500 ma h g-1、500~550 ma h g-1、550~600 ma h g-1、600~750 ma h g-1、750~800 ma h g-1、800~850 ma h g-1、850~900 ma h g-1等。
17、优选地，a1）中，所述负极材料还包括石墨烯，所述cups3与石墨烯质量比为1：（0.2~2）。
18、本专利技术第三方面提供一种负极材料的应用，所述的负极材料应用于锂离子电池、钠离子电池、锂电池、钠电池、锂空气电池、锂硫电池、钠硫电池或超级电容器储能器件中的一种或者多种。
19、本专利技术具有如下的有益技术效果：
20、1）本专利技术负极材料的制备方法具有产物纯度高，结晶度高，无任何副产物；过程简单，一步法制备，无需合成前驱体；原料来源广泛，成本低廉；合成条件简单，真空和惰性气体环境均可反应；合成温度低，无需高温反应。
21、2）本专利技术中的负极材料通过设计使负极材料兼具转化型和合金化负极的优点。对于转化型负极，引入合金化负极成分可以降低材料的充电平台，降低电池整体电压；另一方面，对于合金化负极，转化型负极在脱嵌钠过程中形成过渡金属纳米点，帮助分散合金化成分，有助于限制合金化负极的体积膨胀和金属颗粒的团聚，同时过渡金属纳米点提供部分赝电容储钠位点，有助于容量提升。基于此，本专利技术中的负极材料cups3作为负极材料兼具高容量高循环稳定性的特征。
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1.一种负极材料的制备方法，其特征在于，将铜源、磷源与硫源混合研磨，然后在无氧的环境中烧结，得到所述负极材料，所述铜源、磷源与硫源的摩尔比为1：（0.5~1）：（1~3），所述烧结的温度为300~600℃。
2.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述铜源选自硫化铜或硫化亚铜中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述磷源选自三硫化四磷或五硫化二磷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述硫源选自三硫化四磷、五硫化二磷、硫化铜或硫化亚铜中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述无氧的环境中的气体选自氮气或氦气中的一种或多种；或所述无氧的环境为真空环境。
6.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的时间为12~48h。
7.一种负极材料，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的负极材料的制备方法制得。
8.根据权利要求7所述的负极材料，其特征在于，包括以下
9.根据权利要求8所述的负极材料，其特征在于，A1）中，所述负极材料还包括石墨烯，所述CuPS3与石墨烯质量比为1：（0.2~2）。
10.一种负极材料的应用，其特征在于，根据权利要求7-9任一项所述的负极材料应用于锂离子电池、钠离子电池、锂电池、钠电池、锂空气电池、锂硫电池、钠硫电池或超级电容器储能器件中的一种或者多种。
...【技术特征摘要】
1.一种负极材料的制备方法，其特征在于，将铜源、磷源与硫源混合研磨，然后在无氧的环境中烧结，得到所述负极材料，所述铜源、磷源与硫源的摩尔比为1：（0.5~1）：（1~3），所述烧结的温度为300~600℃。
2.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述铜源选自硫化铜或硫化亚铜中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述磷源选自三硫化四磷或五硫化二磷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述硫源选自三硫化四磷、五硫化二磷、硫化铜或硫化亚铜中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述无氧的环境中的气体选自氮气或...
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