[发明专利]硫掺杂石墨烯包覆的双金属硫化物复合材料及制备方法与其在钠离子电池中的应用

说明书

本发明公开了硫掺杂石墨烯包覆的双金属硫化物复合材料及制备方法与其在钠离子电池中的应用，本发明首先采用水热方法得到Ni‑Sn分布均匀的NiSn(OH)₆纳米球，然后采用溶剂热方法硫化和硫掺杂的石墨烯纳米片包覆，得到硫掺杂石墨烯包覆的双金属硫化物复合材料，该复合材料展现出良好的晶型和纳米结构，硫掺杂的石墨烯纳米片提高了结构的稳定性和整体材料的导电性，从而增强钠离子电池中电子和离子的传输速率，又能有效抑制钠离子电池中的穿梭效应和储钠过程中的体积膨胀，表现出优异的储钠性能。本发明的制备方法简单，制备过程能耗低，可操作和可控性强，生产周期短，有利于工业化生产。

技术领域

本发明属于无机/石墨烯复合材料合成技术领域，涉及硫掺杂石墨烯包覆 的双金属硫化物复合材料及制备方法与其在钠离子电池中的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而 不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人 员所公知的现有技术。

锂离子电池作为当今最重要的储能技术之一，几乎主导了手机、笔记本电 脑等便携式电子产品市场。目前，锂离子电池还在扩大大规模电能存储的应用， 特别是电动汽车和可再生电站。随着锂离子电池的广泛深入开发和使用，锂资 源的稀缺和价格上涨问题也随之而来。因此，寻找合适的锂离子电池替代品吸 引了更多研究者的关注。在电能存储应用方面，钠因资源丰富和成本低廉的优 势，以及与锂相似的理化性质而被认为最有前景的锂离子电池替代品。

钠离子电池电极材料在很大程度上决定了性能的优劣，而正极材料的发展 原超于负极材料，尽管负极材料的种类多样比如碳质材料、金属单质、金属氧 化物，金属硫化物和硒化物等，但仍存在结构稳定性差、储量小、比容量低等 缺陷。在所有负极材料中，特别是与金属氧化物相比，金属-硫共价键带隙能 量小，具有较高的电化学可逆性，且金属硫化物具有天然丰度高、价格低廉、 内部安全性好、理论容量大等优点，因而金属硫化物是钠离子电池负极的理想 材料之一。单一的金属硫化物与碳质材料的制备已有报道，例如中国专利(CN 106099064 B)制备了SnS₂/CNTs复合纳米材料并将其用作钠离子电池负极材 料，仅在20mAg^-1的电流密度下放电约700mAh g^-1，但是发明人研究发现， 该负极材料的放电比容量低且循环稳定性差。例如中国专利(CN 108666540 B) 制备了碳包覆的NiS₂并用于钠离子电池负极材料，在0.1A g^-1的电流密度下循 环仅100圈保持581mAh g^-1的放电比容量，然而发明人研究发现，该负极材 料在较大的电流密度下并未展现出优异的循环性能。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供硫掺杂石墨烯包覆的双金 属硫化物复合材料及制备方法与其在钠离子电池中的应用，本发明有利于电化 学电极反应过程中的电子传递和离子传输，进而增强了复合材料的电化学性 能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种硫掺杂石墨烯包覆的双金属硫化物复合材料，微观形貌为纳 米片包覆纳米球，所述纳米片为掺杂硫的石墨烯，所述纳米球为表明含有孔隙 的分级结构，且所述纳米球为SnS₂与NiS₂的复合物。

双金属硫化物不仅具有高的理论比容量，相比于传统的单一金属硫化物还 具有以下优点：由于含有多种不同的金属种类且它们具有不同的膨胀系数，因 此会产生协同效应；双金属硫化物能与更多的钠离子结合，进而能有更多的可 逆的电化学发生；电子在阳离子之间活化能更低，导电性相比单原子更好；具 有丰富的氧化还原电位。