一种中空球状硫化铁的制备方法

本发明属于钠离子电池，尤其涉及一种中空球状硫化铁的制备方法，尤其涉及一种用于在电极材料中中空球状硫化铁的制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池作为绿色环保的储能器件，因具有能量密度高、循环寿命长、安全无污染等突出优势，在电子市场、新能源汽车等储能领域得到了广泛应用，大大提高了人类的生产生活水平。然而在电化学过程中钠离子引起的体积膨胀，使得材料具有循环性能低，储钠性能差等缺点。因此，寻找新型的钠离子电池负极材料且拥有高的比容量和优异的循环性能非常必要。

2、目前为止，人们发现了各种用于钠离子电池的负极材料并表现出优异的电化学性能。其中，金属硫化物在钠离子电池负极材料应用广泛，因为金属硫化物中的金属硫键更利于发生转换反应，所以金属硫化物有利于钠的储存。并且金属硫化物的理论容量很高，但其反应过程中的体积膨胀和导电性差的问题没有得到解决。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种中空球状硫化铁的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种中空球状硫化铁的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：将n，n-二甲基甲酰胺和甲醇混合均匀，得到溶液a；

5、步骤2：将七水硫酸亚铁和硫代乙酰胺溶于溶液a中；

6、步骤3：采用磁力搅拌溶液a，在搅拌状态下将2-甲基咪唑加入溶液a中，得到溶液b；

7、步骤4：将溶液b转移到高压反应釜中，进行溶剂热反应；

8、步骤5：将自然冷却至室温的溶液b，抽滤并洗涤，真空干燥得到铁基有机络合物；

9、步骤6：将获得的前驱体进行硫化处理，得到fes2@nc。

10、优选地，所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，所述步骤1中n，n-二甲基甲酰胺和甲醇体积比为7～10：1。

11、优选地，所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，所述步骤2中七水硫酸亚铁与硫代乙酰胺质量比为2～3：5～7.5。

12、优选地，所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，所述步骤3中磁力搅拌时间在12～16h，再加入2-甲基咪唑后继续搅拌时间在2～4h。

13、优选地，所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，所述步骤4中溶液b转移到反应釜反应温度为85～90℃，保温24h。

14、优选地，所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，所述步骤5中洗涤所用的试剂为乙醇，并在60～70℃真空干燥。

15、优选地，所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，所述步骤6中硫化处理温度为450～500℃，硫化的时间为2～4h。

16、优选地，所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，包括以下步骤：

17、步骤1：将7mln，n-二甲基甲酰胺和1ml甲醇混合均匀，得到混合溶液a；

18、步骤2：将27.7mg(0.099mmol)七水硫酸亚铁和75mg(0.998mmol)硫代乙酰胺溶于溶液a中；

19、步骤3：磁力搅拌12h，溶液变均匀，变成黄褐色，并在搅拌状态下，向混合溶液中加入124.8mg2-甲基咪唑，继续搅拌2h，得到溶液b；

20、步骤4：将溶液b转移到25ml反应釜中，85℃下保温24h；

21、步骤5：将自然冷却至室温的b溶液抽滤，并用乙醇洗涤数次，60℃真空干燥6h得到铁基有机络合物；

22、步骤6：将前驱体粉末和升华硫粉末按质量比1:1置于瓷舟当中，在管式炉中，氩气氛围下，以3℃min-1的升温速率，在450℃下煅烧2h，得到的黑色粉末fes2@nc。

23、优选地，所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，包括以下步骤：

24、步骤1：将8mln，n-二甲基甲酰胺和1ml甲醇混合均匀，得到混合溶液a；

25、步骤2：将30mg(0.099mmol)七水硫酸亚铁和80mg(0.998mmol)硫代乙酰胺溶于溶液a中；

26、步骤3：磁力搅拌14h，溶液变均匀，变成黄褐色，并在搅拌状态下，向混合溶液中加入130mg2-甲基咪唑，继续搅拌3h，得到溶液b；

27、步骤4：将溶液b转移到25ml反应釜中，85℃下保温24h；

28、步骤5：将自然冷却至室温的b溶液抽滤，并用乙醇洗涤数次，60℃真空干燥6h得到铁基有机络合物；

29、步骤6：将前驱体粉末和升华硫粉末按质量比1:1置于瓷舟当中，在管式炉中，氩气氛围下，以3℃min-1的升温速率，在480℃下煅烧3h，得到的黑色粉末fes2@nc。

30、优选地，所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，包括以下步骤：

31、步骤1：将10mln，n-二甲基甲酰胺和1ml甲醇混合均匀，得到混合溶液a；

32、步骤2：将40mg(0.099mmol)七水硫酸亚铁和90mg(0.998mmol)硫代乙酰胺溶于溶液a中；

33、步骤3：磁力搅拌16h，溶液变均匀，变成黄褐色，并在搅拌状态下，向混合溶液中加入135.6mg2-甲基咪唑，继续搅拌2h，得到溶液b；

34、步骤4：将溶液b转移到25ml反应釜中，90℃下保温24h；

35、步骤5：将自然冷却至室温的b溶液抽滤，并用乙醇洗涤数次，60℃真空干燥6h得到铁基有机络合物；

36、步骤6：将前驱体粉末和升华硫粉末按质量比1:1置于瓷舟当中，在管式炉中，氩气氛围下，以3℃min-1的升温速率，在500℃下煅烧4h，得到的黑色粉末fes2@nc。

37、借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

38、本发明的金属硫化物为纳米球的设计，同时也为中空结构可以缓解电化学过程中离子嵌入/脱出带来的体积变化，有机分子热解产生的碳能有效增强导电性。本发明的制备方法具有操作简便、工艺重复性好、纯度易控等特点，并且能够获得较高的赝电容贡献和快速离子扩散系数，得到更良好的循环稳定性和倍率性能。

39、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种中空球状硫化铁的制备方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，其特征在于：所述步骤1中n，n-二甲基甲酰胺和甲醇体积比为7～10：1。

3.根据权利要求1所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，其特征在于：所述步骤2中七水硫酸亚铁与硫代乙酰胺质量比为2～3：5～7.5。

4.根据权利要求1所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，其特征在于：所述步骤3中磁力搅拌时间在12～16h，再加入2-甲基咪唑后继续搅拌时间在2～4h。

5.根据权利要求1所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，其特征在于：所述步骤4中溶液b转移到反应釜反应温度为85～90℃，保温24h。

6.根据权利要求1所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，其特征在于：所述步骤5中洗涤所用的试剂为乙醇，并在60～70℃真空干燥。

7.根据权利要求1所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，其特征在于：所述步骤6中硫化处理温度为450～500℃，硫化的时间为2～4h。

8.根据权利要求1至7中任意一项中所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求1至7中任意一项中所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求1至7中任意一项中所述的一种中空球状硫化铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种中空球状硫化铁的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将N，N‑二甲基甲酰胺和甲醇混合均匀，得到溶液A；步骤2：将七水硫酸亚铁和硫代乙酰胺溶于溶液A中；步骤3：采用磁力搅拌溶液A，在搅拌状态下将2‑甲基咪唑加入溶液A中，得到溶液B；步骤4：将溶液B转移到高压反应釜中，进行溶剂热反应；步骤5：将自然冷却至室温的溶液B，抽滤并洗涤，真空干燥得到铁基有机络合物；步骤6：将获得的前驱体进行硫化处理，得到FeS2@NC。本发明的中空结构可以缓解电化学过程中离子嵌入/脱出带来的体积变化，有机分子热解产生的碳能有效增强导电性。

技术研发人员：董才富,王云岫,王修徵,于志江,牛书田,蔡增辉,刘肖
受保护的技术使用者：烟台大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27