[发明专利]一种多孔碳球负载硫化物复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔碳球负载硫化物复合材料的制备方法，将多孔碳球加入到溶剂中超声分散后，再加入金属盐超声混匀，搅拌条件下加入硫源，保持一定温度反应，结束反应后进行离心洗涤收集产物得到多孔碳球负载硫化物复合材料。与现有技术相比，本发明工艺简单，制备条件通用，产物形貌稳定、纯度高，且产物处理方便简洁，适合于中等规模工业生产。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其是涉及一种多孔碳球负载硫化物复合材料的制备方法。

背景技术

随着能源环境问题日益突出，越来越多的新能源被采用来取代传统化石能源。锂离子电池作为一种能源储存形式已广泛应用于日常生活方方面面。但由于锂资源的日渐稀缺与不均的全球分布，导致其较高的应用成本，已经不能满足人们将其大规模应用的期望。基于相同储能机理的钠离子电池，由于及成本安全方面的明显优势已经受到研究者的逐渐重视。在众多钠离子电池负极材料中，金属硫化物由于其较高的理论比容量，良好的导电性以及储量丰富，对环境无污染特性而受到青睐，但由于纳米尺寸硫化物容易团聚，在电池的充放电程中体积膨胀极为明显，由此容量急剧下降，且循环性能不稳定，而限制其进一步的发展应用。

中国专利CN104959152A公开了一种多孔碳负载纳米金属硫化物的制备方法，属于纳米材料技术领域。该方法以溶剂热法作为反应体系，其中糖源为载体前驱体，以可溶性金属盐作为载物前驱体，通过加热、搅拌成均相，继而通过高压水热的方法，得到多孔碳负载纳米硫化物前驱体纳米颗粒。然后，通过高温还原或煅烧可以得到多孔碳负载纳米硫化物的颗粒。而本专利关于一种多孔碳球负载硫化物复合材料的制备方法在操作步骤及产物微纳米形貌上均与上述专利明显不同。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种富含大孔结构及较大的比表面积，有利于电解液浸润的多孔碳球负载硫化物复合材料的制备方法，能够增加充放电过程中Na⁺的迁移传递，相应的钠离子电池比容量高、倍率性能好、循环寿命长。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本方法首先采用简单的喷雾热解法一步制备出富含大孔的碳微米球骨架，并以该骨架为基底经一步低温沉淀均匀负载具有一定纳米结构的金属硫化物。前后工艺操作简单，相互互不影响，负载过程无需加热或水热等繁琐步骤，所得产物也无需后续还原或者碳化处理，因此在大规模低成本制备方面具有显著优势。此外所得复合产物依然保持富含贯通大孔的球状结构，与介孔微孔有限的孔径大小相比更有利于物质的传输扩散，尤其应用于钠离子电池电极材料时可以保证电解液的充分浸润，提供足够的接触界面而有助于Na⁺的传输扩散。

该种多孔碳球负载硫化物复合材料的制备方法具体采用以下步骤：将多孔碳球加入到溶剂中超声分散后，再加入金属盐超声混匀，搅拌条件下加入硫源，保持一定温度反应，结束反应后进行离心洗涤收集产物得到多孔碳球负载硫化物复合材料。

多孔碳球采用以下方法制备得到：

(1)去离子水溶解氯乙酸钠后，加入加湿器中，通过雾化产生雾滴，并引入惰性气体；

(2)通过控制惰性气体流速将雾滴导入500～800℃工作的管式炉石英管中，通过炉体的过程中，雾滴快速脱水收缩转化为固体的多孔碳球；

(3)用无水乙醇收集从石英管中排出的固体颗粒，离心分离、干燥得到多孔碳球。

步骤(1)中氯乙酸钠的浓度范围为0.5～2mol/L，引入的惰性气体为氩气或氮气。步骤(2)中惰性气体流速控制在0.5～2.5L/min。

所述的溶剂为无水乙醇，多孔碳球在溶剂中的添加量为0.5～1.5mg/mL。

所述的金属盐为SnCl₄·5H₂O或SbCl₃，浓度为0.005～0.05mol/L。