本發(fā)明涉及鈉離子電池負(fù)極材料，具體涉及一種p/sns2-sn4p3/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鈉離子電池具有較高的能量密度和功率密度，在規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。然而，商業(yè)化的石墨負(fù)極儲(chǔ)鈉容量較低，制約了鈉離子電池的發(fā)展。硫基材料和磷基材料具有較高的儲(chǔ)鈉容量，因此被認(rèn)為是下一代理想的鈉離子電池負(fù)極材料。然而，在儲(chǔ)能過程中，這些材料的體積波動(dòng)大，電導(dǎo)率低，限制了它們的規(guī)模化應(yīng)用。

2、制備非均相硫基材料和磷基材料是解決低電導(dǎo)率這一缺點(diǎn)的有效方法之一。相比單相材料，不均勻金屬硫化物或磷化物不僅可以促進(jìn)內(nèi)部電場(chǎng)，還能增強(qiáng)異質(zhì)界面的電化學(xué)反應(yīng)活性。它還可以提高異質(zhì)界面的結(jié)晶度，并誘導(dǎo)晶格錯(cuò)位、扭曲和缺陷，增強(qiáng)材料的電導(dǎo)率。由于連續(xù)插入和鈉離子電池中的轉(zhuǎn)化/合金化反應(yīng)，電極材料的體積變化異常顯著。要解決上述問題，構(gòu)建非均相的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)工程可以以提高復(fù)合材料的鈉儲(chǔ)存性能的穩(wěn)定性。非均質(zhì)硫基材料和磷基材料不僅可以提高由于異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電極材料，而且還有利于電子/離子傳輸。直到目前為止，這種方案用于調(diào)控鈉離子電池性能還較為少見。同時(shí)，通過設(shè)計(jì)制備二維結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)調(diào)控對(duì)改善硫/磷基材料的電化學(xué)穩(wěn)定性具有重要的意義。再者，硫基材料和磷基材料傳統(tǒng)的制備過程是高溫高壓的方式制備，實(shí)現(xiàn)低溫安全制備層狀硫/磷基材料具有重要的商業(yè)化意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有問題的不足，本發(fā)設(shè)計(jì)制備一種新型鈉離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種p/sns2-sn4p3/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

3、（1）將p2s5溶解于cs2中，經(jīng)過50℃回流處理12h，然后過濾掉不溶物；

4、將氧化石墨烯粉末分散在95%乙醇中超聲處理2h，然后將四氯化錫分散在其中繼續(xù)超聲處理30min；

5、將石墨烯和四氯化錫的混合溶液滴加在p2s5的cs2溶液中，充分磁力攪拌3h，之后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中通過溶劑熱反應(yīng)，將沉淀經(jīng)過無水乙醇和去離子水洗滌，然后放入真空干燥箱中，50℃干燥2小時(shí)一步制備p/sns2-sn4p3/石墨烯復(fù)合材料。

6、進(jìn)一步地，其特征在于，所述的p2s5溶解于cs2中，其濃度范圍為0.6～1g/100ml；氧化石墨烯分散在乙醇中的濃度范圍為0.1～0.3g/100ml，四氯化錫分散在乙醇中的濃度范圍為0.5～1g/100ml，p2s5和四氯化錫的物質(zhì)的量比為1:3～5；轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中通過溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為80～120℃，時(shí)間為5～10?h。

7、進(jìn)一步地，其特征在于，所制備得到的p/sns2-sn4p3/石墨烯復(fù)合材料中，石墨烯的質(zhì)量摻量為5-7%，單質(zhì)p的質(zhì)量占比為10～15%，sns2和sn4p3的原子比為1:0.5～0.7。復(fù)合材料的比表面積為10-25?m2/g。

8、上述的一種鈉電池高性能負(fù)極復(fù)合材料制備方法，所制備電極材料應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極能得到1000mah/g以上的可逆比容量，具有非常大的潛力應(yīng)用空間。

9、有益效果

10、本發(fā)明根據(jù)鈉電池負(fù)極材料充放電循環(huán)中的特點(diǎn)，提供了一種p/sns2-sn4p3/石墨烯復(fù)合材料負(fù)極材料。反應(yīng)創(chuàng)新性利用p2s5和sn4+在高溫高壓下發(fā)生氧化還原反應(yīng)的特性，同時(shí)氧化石墨烯在反應(yīng)中的存在既作為模板材料，又作為氧化劑，一步制備p/sns2-sn4p3/石墨烯復(fù)合材料。該材料的呈現(xiàn)均勻的層狀結(jié)構(gòu)，單質(zhì)磷和sns2-sn4p3均勻復(fù)合于石墨烯的表面。二維結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料能極大緩解活性物質(zhì)在充放電過程中的體積效應(yīng)，石墨烯的存在極大改善復(fù)合材料的電導(dǎo)率。所制備電極材料應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極能得到1000mah/g以上的可逆比容量。

技術(shù)特征：

1.本發(fā)明公開了一種鈉電池高性能負(fù)極復(fù)合材料制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種p/sns2-sn4p3/石墨烯復(fù)合材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉電池高性能負(fù)極復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

3.?根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈉電池高性能負(fù)極復(fù)合材料制備方法。其特征在于，所述的p2s5溶解于cs2中，其濃度范圍為0.6～1g/100ml；氧化石墨烯分散在乙醇中的濃度范圍為0.1～0.3g/100ml，四氯化錫分散在乙醇中的濃度范圍為0.5～1g/100ml，p2s5和四氯化錫的物質(zhì)的量比為1:3～5；轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中通過溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為80～120℃，時(shí)間為5～10?h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈉電池高性能負(fù)極復(fù)合材料制備方法，其特征在于，所制備得到的p/sns2-sn4p3/石墨烯復(fù)合材料中，石墨烯的質(zhì)量摻量為5-7%，單質(zhì)p的質(zhì)量占比為10～15%，sns2和sn4p3的原子比為1:0.5～0.7。復(fù)合材料的比表面積為10-25?m2/g。

5.上述權(quán)利要求所述的一種鈉電池高性能負(fù)極復(fù)合材料制備方法，所制備電極材料應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極能得到1000mah/g以上的可逆比容量，具有非常大的潛力應(yīng)用空間。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鈉電池高性能負(fù)極復(fù)合材料制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種P/SnS2?Sn4P3/石墨烯復(fù)合材料，先通過將P2S5溶解于CS2中，另將氧化石墨烯和四氯化錫超聲分散在95%乙醇中，然后將石墨烯和四氯化錫的溶液滴加在P2S5的CS2溶液中，充分磁力攪拌后，將之轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中通過溶劑熱反應(yīng)一步制備P/SnS2?Sn4P3/石墨烯復(fù)合材料。P2S5和Sn4+在高溫高壓下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氧化石墨烯在反應(yīng)中的存在既作為模板材料，又作為氧化劑。該材料的呈現(xiàn)均勻的層狀結(jié)構(gòu)，單質(zhì)磷和SnS2?Sn4P3均勻復(fù)合于石墨烯的表面。二維結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料能極大緩解活性物質(zhì)在充放電過程中的體積效應(yīng)，石墨烯的存在極大改善復(fù)合材料的電導(dǎo)率。所制備電極材料應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極能得到1000mAh/g以上的可逆比容量。

技術(shù)研發(fā)人員：岳鹿,孫鵬,張文惠,溫兆銀,吳相偉,溫佳杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鹽城工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26