[发明专利]一种饼状硫基化合物复合材料的可控合成及储能应用

说明书

本发明属于电池储能领域，公开了Fe_0.975S@NSC复合材料的制备方法和应用。将铁盐与成核剂在水溶液中慢慢混合，在150～200℃温度下水热处理，得到饼状Fe₂O₃前驱体；经界面修饰和高温固相硫化处理，得到Fe_0.975S@NSC复合材料。本发明的制备方法简单，成本低廉，所制备的Fe_0.975S@NSC复合材料结构稳定。将Fe_0.975S@NSC复合材料分别作为锂离子电池和钠离子电池负极材料时，具有优异的储锂/钠容量、反应可逆性及倍率性能，且小电流密度下Fe_0.975S@NSC复合材料的储锂储钠性能优于其它Fe和S比例的电极材料。

技术领域

本发明属于电池储能领域，具体涉及一种高效储锂/钠负极材料的开发方法及其应用。

背景技术

随着世界人口的不断增长以及工业生产的飞速发展，人类对能源的需求量越来越大。但是，传统的化石燃料是不可再生资源，过量的开采使用不仅会带来全球能源危机，还会严重影响环境质量，因此，新型可再生资源的开发和使用成为亟待解决的问题。锂离子电池和钠离子电池作为高效的清洁能源，近年来得到了越来越多的关注。电极材料的性能决定了电池的电化学性能，因此，高性能电极材料的开发成为目前急需解决的问题之一。

商业化的锂离子电池负极材料是石墨，其可逆容量高且电压平台低，当将其作为钠离子电池负极材料时，理论比容量仅仅为35mAh/g，远不能满足需求，因此，高性能两用电极材料的开发成为目前的研究重点。铁基硫化物由于原料廉价、来源丰富、理论比容量高等优点，被认为是一类极具有潜力的电极材料。人们研究的铁基硫化物主要有以下几种形式：FeS₂、FeS、Fe₃S₄等。现有技术1(Zhiming Liu,et al.Energy Environ.Sci.,2017,10,1576-1580)制备了FeS₂@C，100mA/g电流密度下作为锂离子电池负极材料时，其最大的首次放电容量为957mAh/g，最大的首次库伦效率为63.32％。现有技术2(Zhen-Guo Wu,etal.Journal of Alloys and Compounds,2016,688,90-797)制备了FeS@C-N复合材料，100mA/g电流密度下作为锂离子电池负极材料时，其首次充电容量为1087.1mAh/g，经过100次的循环，放电比容量为983.5mAh/g。现有技术3(Fanxing Bu,et al.J.Mater.Chem.A,2018,6,6414–6421)制备了FeS@C复合材料，100mA/g电流密度下作为钠离子电池负极材料时，其首次放电和充电容量分别为844.4mAh/g和507.7mAh/g，首次库伦效率为60.1％。经过100次的循环，放电比容量为983.5mAh/g。本发明人对此也进行了深入研究，发现Fe_0.975S复合材料的可逆比容量达到了非常突出的水平。

发明内容

本发明的首要目的在于提供氮硫共掺杂、碳包覆的Fe_0.975S复合材料(Fe_0.975S@NSC)的制备方法。本发明目的通过以下技术方案实现：

Fe_0.975S@NSC复合材料及其制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将铁盐(1-3mmol)溶于35mL的高纯水中，将成核剂(1-3mmol)同样溶于35mL的高纯水中，随后将铁盐的溶液一滴一滴的加入到含有成核剂的溶液中，搅拌均匀，随后在150-200℃下水热反应10-15h，得到了饼状Fe₂O₃前驱体；