[发明专利]一种钠离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种钠离子电池负极材料的制备方法，通过改变水热温度、时间和退火温度、时间获得了双金属基CuInS₂具有均匀的绣球形微观形貌，结晶性好，晶胞体积为实现了其作为钠离子电池负极材料的应用。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池负极材料的制备方法，具体涉及一种具有绣球形特殊形貌和“先插入、转化、再插入”逐步反应机制的CuInS₂钠离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

与锂离子电池的工作原理相似，钠离子电池充电时，Na^＋从正极脱出经过电解质嵌入负极，同时电子的补偿电荷经外电路供给到负极，保证正负极电荷平衡。放电时则相反，Na^＋从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极。由于Na⁺的离子半径和离子重量较Li⁺大，Na⁺扩散较慢且可逆容量低，意味着几乎所有的锂电池负极材料都无法用作钠电池负极。

钠电池负极材料的工作机制决定了其性能。工作机制可以分为插入、转换和合金化3种。由于每种机制都有它们各自的缺陷，因此研究具有混合反应机制的双金属材料，充分利用各组分的优势，是弥补各机制不足的有效途径。现有混合反应机制中每个反应都发生在相似的工作电压范围下，相比之下，每个反应都发生在不同的电压范围下的逐步反应机制更有利于消除机械应变，因为在一个特定电压范围内的非反应组分可以作为缓冲区域来“容纳”反应组分。但是，由于缺少插入型负极材料的探索，目前报道的双金属材料只有“转换-合金化”的逐步反应，并不能有效地解决电池容量快速衰减的问题。

因此，考虑到插入型材料极其稳定的结构，和其与转化/合金化机制之间的协同作用，目前迫切需要建立新型的双金属基负极，提供一种实现 “转换-插入”逐步反应机制的双金属材料的制备方法，制备出高性能钠离子电池负极材料。

发明内容

本发明提供了一种钠离子电池负极材料的制备方法，制备出了绣球形的CuInS₂晶体材料实现了其作为钠离子电池负极材料的应用。且更重要的是通过本发明制备出的CuInS₂晶体材料其Na⁺嵌入（充电）和脱出（放电）反应过程是一种新型的“先插入、再转化、后插入”的逐步脱嵌Na⁺的过程。

硫化铟铜（CuInS₂）是一种新兴的I-III-VI型三元半导体材料，由于CuInS₂量子点的光电特性，现有的制备CuInS₂的方法中都是为了实现量子点。但是量子点晶胞尺寸小，不能满足大离子半径Na⁺的嵌入和脱出，因此必须通过合适的制备工艺获得大晶胞尺寸和具有便于Na⁺的嵌入和脱出形貌的CuInS₂晶体结构。

本发明提供了一种CuInS₂钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，CuInS₂颗粒为绣球形，为四方黄铜矿相结构，其制备方法包含以下步骤：

步骤（1），制备CuInS₂前驱体溶液；

步骤（2），将CuInS₂前驱体溶液进行水热反应；

步骤（3），将CuInS₂水热反应产物进行离心、清洗后进行冷冻干燥获得CuInS₂前驱体粉末；

步骤（4），将前驱体粉末在氩气保护下进行退火处理。

具体地，所述CuInS₂颗粒，晶胞体积为342.57348 ų，晶胞参数 a = b = 5.53965Å、c = 11.16321 Å。