一种高性能钠离子电池负极ZnS/Sb2S3@NC复合材料及其制备方法

本发明属于无机纳米材料在钠离子二次电池应用，具体涉及一种高性能钠离子电池负极zns/sb2s3@nc复合材料及其制备方法。

背景技术

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背景技术：

1、锂离子电池作为一种新能源储能技术，在新能源汽车、数据中心供电等领域有着广泛的应用。但是，由于地壳中锂元素含量低且分布不均等缺陷，使得锂离子电池的应用受到了限制。近年来，钠的储量丰富且成本较低，因此，钠离子电池在电化学储能体系中显示了良好的应用前景。但na+的离子半径较大不可避免地引起离子在电极中的动力学缓慢，导致倍率性能较差。此外，电极材料在充放电过程中体积膨胀严重，会导致循环稳定性不理想。因此，探索具有快速钠离子/电子转移和优异结构稳定性的电极材料迫在眉睫。

2、金属硫化物具有优异的氧化还原可逆性和较高的容量，在sibs领域中具有广阔的应用前景。其中，zns和sb2s3因其较高的理论比容量(zns为550mah g-1，sb2s3为946mah g-1)、良好的热稳定性和良好的生态性能而受到广泛研究。但zns和sb2s3的本征电导率相对较低，会影响反应动力学，导致倍率性能较差。此外，zns和sb2s3的合金-转换钠离子存储机制使得na+嵌入/脱出过程中电极材料体积膨胀严重，结构被破坏，导致循环稳定性不理想。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明要解决的技术问题是：为了解决金属硫化物储钠问题，本发明提供了一种高性能钠离子电池负极zns/sb2s3@nc复合材料及其制备方法。碳壳层修饰可以提高电极材料的电导率和缓解体积变化的能力。异质结构的设计，由于存在非均相结构界面，不仅降低了离子扩散阻力，促进了快速氧化还原反应，而且为电化学反应提供更多的位点。

2、本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

3、本发明的第一个目的在于提供一种高性能钠离子电池用负极材料的制备方法，将通过溶剂热法、热处理工艺、离子置换得到钠离子电池用负极材料，包括如下步骤：

4、s1：将锌盐和二甲基咪唑通过搅拌分散到10ml丙三醇中，得到其均匀分散溶液；

5、s2：将分散液转移至高压反应釜，进行溶剂热反应，得到白色前驱体粉末；

6、s3：将所述白色前驱体粉末与升华硫粉末物理混合，并置于管式炉中，在氩气氛围中煅烧得到zns；

7、s4：将zns粉末分散到tris缓冲溶液中，再向上述分散液中加入盐酸多巴胺，并持续搅拌，得到黑色zns@pda粉末；

8、s5：将黑色zns@pda粉末置于管式炉中，在氩气氛围中煅烧得到zns@nc；

9、s6：将锑盐和zns@nc加入20ml乙二醇中，通过持续搅拌形成均匀的分散液；

10、s7：将分散液转移到高压反应釜中，进行溶剂热反应，得到zns/sb2s3@nc纳米片。

11、可选地，步骤s1中，所述锌盐为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌中的至少一种。

12、可选地，步骤s2中，所述溶剂热反应温度为140～180℃。

13、可选地，步骤s3中，所述白色前驱体粉末与升华硫粉末混合方式为研磨、球磨中的至少一种。

14、可选地，步骤s4中，所述tris缓冲溶液浓度为0.05-0.15mol/l。

15、可选地，步骤s5中，所述烧结的温度为450～650℃，时间为1～3小时。

16、可选地，步骤s6中，所述锑盐为氯化锑、硝酸锑、硫酸锑中的至少一种。

17、可选地，步骤s6中，所述锑盐的用量在27.5～40mg。

18、可选地，步骤s7中，所述溶剂热反应温度为150℃，反应时间为8-16小时。

19、本发明的第二个目的在于提供一种根据前述的制备方法制备得到的钠离子电池用负极材料。

20、本发明的有益效果是：本发明提供了一种钠离子电池用负极材料的制备方法，该制备方法具有操作简便、工艺重复性好、控制参数明确、产品质量稳定等特点，并且由其制备得到的负极材料具有良好的循环稳定性和倍率性能。

技术特征：

1.一种高性能钠离子电池负极zns/sb2s3@nc复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的高性能钠离子电池负极zns/sb2s3@nc复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述锌盐为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的高性能钠离子电池负极zns/sb2s3@nc复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述溶剂热反应温度为140～180℃。

4.如权利要求1所述的高性能钠离子电池负极zns/sb2s3@nc复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，白色前驱体粉末与升华硫粉末物理混合方式为研磨或球磨。

5.如权利要求1所述的高性能钠离子电池负极zns/sb2s3@nc复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述tris缓冲溶液浓度为0.05-0.15mol/l。

6.如权利要求1所述的高性能钠离子电池负极zns/sb2s3@nc复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s5中，所述烧结的温度为450～650℃，时间为1～3h。

7.如权利要求1所述的高性能钠离子电池负极zns/sb2s3@nc复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s6中，所述锑盐为氯化锑、硝酸锑、硫酸锑中的一种或几种。

8.如权利要求1所述的高性能钠离子电池负极zns/sb2s3@nc复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s6中，所述锑盐的用量在27.5～40mg。

9.如权利要求1所述的高性能钠离子电池负极zns/sb2s3@nc复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s7中，所述溶剂热反应温度为150℃，反应时间为8-16h。

技术总结
本发明公开了一种高性能钠离子电池负极ZnS/Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;@NC复合材料及其制备方法，本发明涉及材料制备方法具有控制参数明确、纯度易控、操作简便、工艺重复性好等特点，并且由其制备得到的钠离子二次电池负极材料具有优异的脱嵌钠离子的能力，可以有效提升钠离子二次电池的比容量、循环稳定性、库伦效率和倍率性能，可满足不同条件的需求，具备广阔的应用前景。

技术研发人员：李洋,董才富,郭靖宇,刘肖,赵林粒
受保护的技术使用者：烟台大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17