[发明专利]一种片层Sb@Sb-In-S@rGO钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种片层Sb@Sb‑In‑S@rGO钠离子电池负极材料及其制备方法，制备方法包括下述的步骤：将铟盐、硫源和氧化石墨烯混合后，通过水热法制备片层In₂S₃/rGO复合材料；将锑盐与In₂S₃/rGO复合材料在溶液中进行离子交换反应得到片层Sb‑In‑S@rGO复合材料；将Sb‑In‑S@rGO复合材料进行退火处理。本发明制备的片层Sb@Sb‑In‑S@rGO复合材料作为钠离子电池负极，具有较高的能量密度、具有快速充电能力、较好的循环稳定性、是理想的锂离子电池替代者。本发明制备工艺成本低、操作简单、过程易控制、周期短，对生产设备要求较低，便于进一步扩大化生产，且高效节能、污染小。

技术领域

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种片层Sb@Sb-In-S@rGO钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，锂离子电池已广泛应用于人们的日常生活和尖端科学技术领域中。然而，我国锂资源较匮乏，无法实现其低成本运行。相对锂而言，我国钠储量丰富，且钠和锂属同一主族元素，具有相似的化学性质，因此，钠离子电池被认为是最有望替代锂离子电池的重要二次离子电池之一。其中，钠离子电池负极材料的选择对获得高能量密度的钠离子电池至关重要。

锑基材料因具有理论储钠比容量高、电位合适、储量丰富和环境友好等优点而受到广泛关注。然而，在实现锑基材料作为钠离子电池负极材料的商业化进程中，仍需克服一些锑基材料的本质缺陷。首先，锑基材料以合金化反应为主要储钠机理，当钠离子嵌入时，锑基材料体积膨胀率约为400％，而钠离子脱出时，体积几乎缩回原状，循环过程中反复的体积变化不仅不利于稳定固体电解质界面(SEI)膜的形成，还会造成活性材料的粉化并脱离集流体，从而降低电池的循环性能；其次，锑基材料导电性较差，将降低电子传递速率，倍率性能较差，无法实现快速充电。基于以上分析，对锑基材料进行改性研究势在必行。

发明内容

本发明旨在解决锑基材料作为钠离子电池负极材料循环稳定性和倍率性能较差的问题，提供一种片层Sb@Sb-In-S@rGO钠离子电池负极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种片层Sb@Sb-In-S@rGO钠离子电池负极材料的制备方法，包括下述的步骤：

S1.将铟盐、硫源和氧化石墨烯混合后，通过水热法制备片层结构的In₂S₃/rGO复合材料；

S2.将锑盐与S1得到的In₂S₃/rGO复合材料在溶液中进行离子交换反应得到片层Sb-In-S@rGO复合材料；

S3.将S2得到的Sb-In-S@rGO复合材料进行退火处理，得到片层Sb@Sb-In-S@rGO钠离子电池负极材料。

进一步的，S1先将铟盐、氧化石墨烯和吡啶在溶剂中搅拌形成前驱体，然后将硫源和前驱体混合进行水热反应。

进一步的，所述铟盐为硝酸铟、三氯化铟或氯化亚铟中的一种或多种；所述硫源为硫脲、半胱甘酸或硫代乙酰胺中的一种或多种；所述锑盐为三氯化锑和/或醋酸锑。

进一步的，所述铟盐与氧化石墨烯质量比范围为(1-3)：1。

进一步的，所述硫源与铟盐的物质的量比范围为(2-4)：1。

进一步的，所述搅拌温度为20-50℃，搅拌时间为3-6h。

进一步的，所述水热反应温度为160-180℃，反应时间为3-10h。

进一步的，所述离子交换反应的反应温度为40-80℃，反应时间为0.1-2h。