[发明专利]一种中空球状硫化亚铁纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种中空球状硫化亚铁纳米材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：1)按质量比1:1:(1～7)取分析纯的铵铁盐、双三氟甲基碳二亚胺和双氰胺混合研磨得到混合物A；2)将混合物A在低温管式炉内热处理得到产物B；3)将产物B与盐酸和硫酸配制的浓度为2‑4mol/L的混合酸混合搅拌均匀，离心后冷冻干燥收集得到产物C；4)按质量比1:(5～10)将产物C与硫源研磨混合后得到混合物D；5)将混合物D在低温管式炉内进行热处理降温后收集产物，即得中空球状硫化亚铁纳米材料；使硫化铁颗粒与外层碳之间产生间隙，有效的减少了在充放电过程中硫化铁体积膨胀导致外部碳层破裂所造成的容量损失。

技术领域

本发明属于复合材料合成领域，具体涉及一种中空球状硫化亚铁纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于钠元素在地球中分布广泛且储量丰富，近年来室温钠离子充放电电池的研发已被认为是在大规模储能，特别是智能电网等领域中替代锂离子电池，以有效解决锂离子电池矿物储备低和锂源高成本问题的有效途径。在众多的阳极材料中，金属硫化物因其在诸如燃料电池，锂离子电池和超级电容器等各种能源设备中的潜在应用而备受关注。Na/FeS具有高理论容量加上非常低的原材料成本以及无毒性等优点使得此系统成为非常有前途的低成本能量存储系统。

近年来，Na/FeS是钠离子电池阳极材料的研究热点，详见文件[1]，[2]。Wang等人通过Fe₃O₄/C的硫化制备出了FeS，其产物在60mA/g下显示出530mAh/g的容量，并且在100圈循环后仍旧保留85％的容量，详见文件[3]。Kang等人将Fe₃O₄/GO硫化制备出了FeS/rGO复合材料，其样品在电化学测试中表现出良好的循环性能，在前50个周期内容量为547mAh/g，表现出了非常好的钠储存性能，详见文件[4]。因此，提升硫化铁作为负极材料在钠离子电池中的循环容量和可持续性，是目前有待深入研究的方向。

[1]a)S.Y.Lee,Y.C.Kang,Chem.Eur.J.2016,22,2769；b)Y.J.Zhu,L.M.Suo,T.Gao,X.L.Fan,F.D.Han,C.S.Wang,Electrochem.Comm.2015,54,18.

[2]a)M.Walter,T.J.Zünda,M.V.Kovalenko,Nanoscale 2015,7,9158；b)Y.X.Wang,J.P.Yang,S.L.Chou,H.K.Liu,W.X.Zhang,2015,21,11878.

[3]L.Zhang,H.B.Wu,Y.Yan,X.Wang,X.W.Lou,Energy Environ.Sci.2014,7,3302.

[4]a)S.Y.Lee,Y.C.Kang,Chem.Eur.J.2016,22,2769；b)Y.J.Zhu,L.M.Suo,T.Gao,X.L.Fan,F.D.Han,C.S.Wang,Electrochem.Comm.2015,54,18.

发明内容

本发明的目的是提供一种中空球状硫化亚铁纳米材料及其制备方法和应用，该方法制备方法简单、制备成本低，制备的中空球状硫化亚铁纳米材料具有极高的钠离子存储性能，充放电容量高且倍率性能佳。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种中空球状硫化亚铁纳米材料制备方法，包括以下步骤：

1)按质量比1:1:(1～7)取分析纯的铵铁盐、双三氟甲基碳二亚胺和双氰胺，混合研磨后得到混合物A；

2)将混合物A在低温管式炉内热处理，以2～20℃/min升温至500～1200℃保温1h～5h，冷却后取出，得到产物B；