[发明专利]用于电池负极的NiS@C纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于电池负极的NiS@C纳米复合材料及其制备方法，以六水合氯化镍、硫脲作为反应原料，通过溶剂热法生成NiS，再利用水热法在NiS表面包覆碳，高温退火得到NiS@C纳米复合材料。本发明在金属硫化物的表面包覆碳，可以有效弥补硫化物循环性和稳定性较差的缺点，提高材料的循环性和稳定性，同时可以提高材料的导电性。作为锂离子电池的负极材料，本发明制备的NiS@C纳米复合材料具有较好的锂电性能、较高的比容量和较好的循环性能。

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种用于电池负极的NiS@C纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

人类社会的发展离不开能源的进步与发展，电化学储能以其清洁、高效成为消费电子领域的主要储能设备。石墨是商业化锂离子电池中最为广泛使用的负极材料，但其自身的理论容量只有372mAh/g，而且石墨的嵌锂电位接近于锂剥离电压，这可能会引起锂枝晶的形成和生长从而导致安全问题，因此需要一种新型的锂离子电池负极材料。而传统的过渡金属氧化物(约1000mAh/g)由于其理论容量的限制，一直制约着动力电池的发展，硫元素有较高的比容量(1675mAh/g)，储量丰富、循环性好，寻找合适的硫化物成为发展硫锂电池的重要方向。

目前，在高能电池领域中锂离子电池已取得了巨大成功，但人们仍然期望有性能更高的电池面世，而这取决于对新的电解质体系及电极材料的研究和开发。对于金属硫化物电极材料的研究探索主要集中在改善导电性，抑制充放电过程中体积变化，防止材料结构坍塌、颗粒团聚等方面。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于电池负极的NiS@C纳米复合材料及其制备方法，以六水合氯化镍、硫脲作为反应原料，通过溶剂热法生成NiS，再利用水热法在NiS表面包覆碳，高温退火得到NiS@C纳米复合材料。

具体技术方案如下：

一种用于电池负极的NiS@C纳米复合材料，所述NiS@C纳米复合材料为棒状交叉组合结构。

一种用于电池负极的NiS@C纳米复合材料的制备方法，以六水合氯化镍、硫脲作为反应原料，通过溶剂热法生成NiS，再利用水热法在NiS表面包覆碳，高温退火得到NiS@C纳米复合材料，具体步骤如下：

(1)溶剂热法制备NiS：取适量无水乙醇于容器中，加入一定比例的六水合氯化镍、硫脲，搅拌均匀，将溶液移至高压釜中，在100～280℃下反应8～24小时后，自然冷却得到NiS纳米材料，离心清洗干燥；

(2)水热法包覆碳：将适量NiS加入去离子水中，经超声搅拌后，加入一定量葡萄糖，继续搅拌后移至水热反应釜中，于170～190℃下反应3～4小时，自然冷却后，离心清洗干燥，得到前驱物；将前驱物置于管式炉中，在氮气保护环境下，以10℃/min的速率升温至400℃后保温2小时，自然冷却至室温后，得到NiS@C纳米复合材料。

所述六水合氯化镍与所述硫脲的质量比为100：64。

所述六水合氯化镍与所述无水乙醇比例为每0.4g六水合氯化镍加33ml无水乙醇。

所述NiS和所述葡萄糖质量之比为1:618。

所述与去离子水的比例为每0.1gNiS加入30mL去离子水。

本方法的优点是：

(1)金属硫化物种类较多，含量丰富，且存在于自然界大多数矿产中，价格低廉，对环境友好，而且具有较好的导电性，是一种比较优异的锂离子电池负极的候选材料。然而金属硫化物有其不足之处就是作为锂离子电池负极材料循环性和稳定性不好。本发明在金属硫化物的表面包覆碳，既可以有效弥补硫化物循环性和稳定性较差的缺点，提高材料的循环性和稳定性，又可以提高材料的导电性。作为锂离子电池的负极材料可以有效实现较高容量以及较好的循环稳定性，可以显著提高电池性能。