[发明专利]一种钠离子电池负极材料二硫化铋钠纳米颗粒及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池负极材料制备领域，具体涉及一种钠离子电池负极材料二硫化铋钠纳米颗粒及制备方法。

背景技术

钠离子电池因钠资源丰富、分布广和成本低，钠离子电池较低的工作电压会增强无水电池中电解液的稳定性和安全性，引起人们的广范关注。由于商业化的锂离子电池负极材料石墨不能可逆脱嵌钠离子，不适合作为钠离子电池的负极材料。因此，寻找合适的钠离子电池负极材料成为材料科学研究的热点。

钠离子电池因为钠离子较大的半径，通常导致电化学反应过程中钠离子扩散速度慢，难插入和脱嵌于负极材料，插层后晶体结构重排，故钠离子电池材料存在容量低、循环稳定性差，不能进行大倍率充放电，稳定循环的放电比容量为200 mAhg^-1 左右。这一类电池材料主要有Na₂Ti₃O₇ [P. Senguttuvan, G. Rousse,V. Seznec, J.M. Tarascon, M. R. Palacín, Chem. Mater. 23 (2011) 4109.]，碳材料：如还原型石墨烯[Y.X. Wang, S.L. Chou, H.K. Liu, S.X. Dou, Carbon, 202 (2013) 57.]和Na₃Ti₂(PO₄)₃[P. Senguttuvan, G. Rousse, M.E. Arroyo y de Dompablo, H. Vezin, J.M. Tarascon，M. R. Palacín, J. Am. Chem. Soc. 135 (2013) 3897.]等等。过渡金属氧化物作为钠离子负极材料，显著的提高负极材料的放电比容量，SnO₂纳米八面体在20 mAhg^-1的电流密度下放电，放电比容量达到420 mAhg^-1[D. Su , C. Wang , G. Wang, Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (2013) 12543-50.]。到目前为止，金属锑Sb作为负极，展现很好的循环稳定性和较高的放电比容量，稳定循环160次的放电比容量达到600 mAhg^-1, 库伦效率达到99%[A. Darwiche, C. Marino, M.T. Sougrati, B. Fraisse, L. Stieva, L. Monconduit, J. Am. Chem. Soc. 134 (2012) 20805.]。但锑元素有毒，限制了其应用。因此，寻找新型环保、高容量和循环稳定的钠离子电池负极材料势在必行。尽管二硫化铋钠具有廉价、环保和无毒的优点。但是有关二硫化铋钠的合成和应用报道极少，未见其在电池电极材料方面的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钠离子电池负极材料二硫化铋钠纳米颗粒及制备方法，工艺简单，重复性好，产率高；合成条件温和，成本低；所制备的电极材料比容量高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

通过溶剂热法处理二硫化碳、硝酸铋和氢氧化钠制得直径为100-150nm的二硫化铋钠纳米颗粒，其化学式为：NaBiS₂。

制备方法包括以下步骤：

（1）将氢氧化钠溶于二硫化碳和无水乙醇的混合溶剂中；

（2）磁力搅拌下，将硝酸铋加入到步骤（1）的混合溶液中，继续搅拌2小时；

（3）将步骤（2）的溶液移入反应釜中，密封，在120-200℃下反应2-200 h，过滤，用大量去离子水和无水乙醇洗涤后，60 ℃干燥12 h，得到NaBiS₂纳米颗粒。

二硫化碳和无水乙醇的混合溶剂中二硫化碳和无水乙醇的体积比为1：30-1：15。

氢氧化钠和硝酸铋的摩尔比为10:1-5:1。

NaBiS₂纳米颗粒作为钠离子电池的负极材料的活性组分，导电剂是超纯碳，粘结剂是聚偏氟乙烯，三者的质量比为7:2:1；电解质是1 M 高氯酸钠的碳酸丙稀酯溶液；电池壳为CR2025型号，集流体为铜片，隔膜为玻璃纤维膜；金属钠片作为正极，电池在氩气保护下组装完成。