一种超小硫化钴纳米片/碳布复合材料及其制备方法

1.本发明属于电化学技术领域，涉及钠离子电池负极材料及其制备方法，具体涉及一种超小硫化钴纳米片/碳布复合材料及其制备方法。
技术背景
2.随着便携式电子产品的普及和电动汽车放入迅猛发展，对储能技术的要求愈来愈高。碳基材料是二次电池中广泛采用的主体材料，例如碳纳米管、多孔碳、石墨烯、石墨烯纳米带、碳纤维等。硫化钴属于过渡金属硫化物，在二次电池中属于转换反应类型的负极材料，但由于较大的体积膨胀，导致其循环性能差，引起电极粉化；较慢的动力学过程使得倍率性能较差。碳布因其良好的机械强度、导电性和柔性而被广泛用做柔性电极材料基底。近年来，许多研究者通过在碳布上生长金属氧化物、金属硫化物等活性物质用于柔性电极材料。这种柔性电极材料在制备过程中无需添加粘结剂和导电剂，减少制作步骤，降低电极材料的质量和成本。此外，碳布能有效地缓解活性材料在充放电过程中的体积变化，从而提升其性能。因此研究以碳布为基底的柔性电极材料对柔性储能器件的发展有着重要意义。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超小硫化钴纳米片/碳布复合材料及其制备方法，利用碳布基底合成硫化钴复合材料作为钠离子电池负极材料，提高硫化钴电极材料的电化学活性及其倍率性能。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种超小硫化钴纳米片/碳布复合材料的制备方法，包括以下步骤：
6.步骤一、按照质量比1:(0.7
‑
1.1)称取分析纯的乙酸钴、四水和硫粉一同加入到乙醇溶液中，搅拌得到乙酸钴浓度为0.15
‑
0.2mol/l的溶液a；
7.步骤二、将溶液a静置后，抽滤收集粉体，清洗并干燥，得到粉体a；
8.步骤三、将碳布裁剪成小块，完全浸泡在浓硝酸溶液中，在烘箱中90℃下反应2
‑
4h，冷却后清洗得到预处理碳布；
9.步骤四、将预处理碳布与粉体a分别放置在磁州的两端，一同放入管式炉中，在氩气气氛保护下煅烧至700
‑
800℃，升温速率为3
‑
7℃/min，保温1
‑
3h，待降温至室温后，取出样品即得到超小硫化钴纳米片/碳布复合材料。
10.本发明还具有以下技术特征：
11.优选的，所述的步骤二中静置方法为在常温避光处静置4
‑
7h。
12.优选的，所述的步骤二中清洗方法为用去离子水和无水乙醇反复交替清洗3
‑
5次。
13.优选的，所述的步骤二中的干燥方法为在真空干燥箱中70℃下干燥5
‑
10h。
14.优选的，所述的步骤三中将碳布裁剪成2cm*3cm大小的小块。
15.优选的，所述的步骤三中的清洗方法为用去离子水和无水乙醇反复交替清洗3
‑
5次。
16.本发明还保护一种采用如上所述的超小硫化钴纳米片/碳布复合材料的制备方法制备的超小硫化钴纳米片/碳布复合材料。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18.本发明中加入碳布与硫化钴进行复合，导电碳布中碳纤维所形成的导电网络既有利于电解液的扩散又能改善硫化钴的导电性；同时，碳布作为自支撑体可以免去在电极制备过程中添加导电剂和粘结剂，简化工艺流程，提高硫化钴本身的容量贡献，进一步提高电极材料的电化学活性及其倍率性能；
19.本发明中硫化钴颗粒尺寸在纳米尺寸范围内，得益于纳米结构的优点，复合材料可以显著提高微观结构的完整性，有利于离子的传输和电子的转移，提高其电化学性能；
20.本发明所用的原料均是常见物料，廉价易得、成本低、无需后期处理，对环境友好，工艺简单易操作，可以适合大规模生产。
附图说明
21.图1为本发明实施例1所得产物的xrd衍射图
22.图2为本发明实施例1所得产物的sem形貌图
23.图3为本发明实施例1所得产物的循环性能图
具体实施方式
24.实施例1：
25.1)取一定量的分析纯的乙酸钴，四水和硫粉一同加入到乙醇溶液中，搅拌得到澄清溶液a。乙酸钴的浓度是0.15mol/l，乙酸钴与硫粉的质量比为1:0.7；
26.2)将澄清溶液a在常温避光处静置4h，进行抽滤，收集粉体用去离子水和无水乙醇反复交替清洗3
‑
5次，并在真空干燥箱中70℃下干燥5h，得到粉体a；
27.3)将碳布裁剪成2cm*3cm大小，完全浸泡在浓硝酸溶液中，在烘箱中90℃下反应2h，待冷却后用去离子水和无水乙醇反复交替清洗3
‑
5次，得到预处理碳布；
28.4)将预处理碳布与粉体a分别放置在磁州的两端，一同放入管式炉中，在氩气气氛保护下煅烧至700℃，升温速率为7℃/min，保温1h。待降温至室温后，取出样品即得到超小硫化钴纳米片/碳布复合材料。
29.实施例2：
30.1)取一定量的分析纯的乙酸钴，四水和硫粉一同加入到乙醇溶液中，搅拌得到澄清溶液a。乙酸钴的浓度是0.18mol/l，乙酸钴与硫粉的质量比为1:0.9；
31.2)将澄清溶液a在常温避光处静置5h，进行抽滤，收集粉体用去离子水和无水乙醇反复交替清洗3
‑
5次，并在真空干燥箱中70℃下干燥8h，得到粉体a；
32.3)将碳布裁剪成2cm*3cm大小，完全浸泡在浓硝酸溶液中，在烘箱中90℃下反应3h，待冷却后用去离子水和无水乙醇反复交替清洗3
‑
5次，得到预处理碳布；
33.4)将预处理碳布与粉体a分别放置在磁州的两端，一同放入管式炉中，在氩气气氛保护下煅烧至750℃，升温速率为5℃/min，保温2h。待降温至室温后，取出样品即得到超小硫化钴纳米片/碳布复合材料。
34.实施例3：
35.1)取一定量的分析纯的乙酸钴，四水和硫粉一同加入到乙醇溶液中，搅拌得到澄清溶液a。乙酸钴的浓度是0.2mol/l，乙酸钴与硫粉的质量比为1:1.1；
36.2)将澄清溶液a在常温避光处静置7h，进行抽滤，收集粉体用去离子水和无水乙醇反复交替清洗3
‑
5次，并在真空干燥箱中70℃下干燥10h，得到粉体a；
37.3)将碳布裁剪成2cm*3cm大小，完全浸泡在浓硝酸溶液中，在烘箱中90℃下反应4h，待冷却后用去离子水和无水乙醇反复交替清洗3
‑
5次，得到预处理碳布；
38.4)将预处理碳布与粉体a分别放置在磁州的两端，一同放入管式炉中，在氩气气氛保护下煅烧至800℃，升温速率为3℃/min，保温3h。待降温至室温后，取出样品即得到超小硫化钴纳米片/碳布复合材料。
39.附图1是对实例1所得产物的xrd，可以看出产物物相与标准卡片pdf#03
‑
0631co9s8相对应，馒头峰是碳布所带来的，证明硫化钴/碳布复合材料成功制备。
40.附图2是对实例1所得产物进行sem形貌分析，从低倍图a中可以看出复合材料形貌均一，硫化钴均匀分布在碳布表面；从高倍图b中可以看出硫化钴片状呈纳米尺度，相互交错。
41.附图3是对实例1所得产物进行电化学性能测试分析，电池0.3
‑
3v电压范围内，以1a/g的电流密度循环60圈，容量保持在650mah/g，轻微的性能衰减可能是由于活化过程所致，整体循环稳定性良好。