[发明专利]元素掺杂的纳米多孔双金属硫化物一体式电极及制备方法

说明书

本发明涉及一种元素掺杂的纳米多孔双金属硫化物一体式电极的制备方法，包括以下步骤：制备含Cu/Co/Fe元素的锰基合金，Mn原子比不低于50％；采用化学脱合金化的方法制备出孔径为2‑40nm的镍基纳米多孔金属；通过溶剂热法进行原位硫化；进行热处理得到元素掺杂的纳米多孔双金属硫化物一体式电极。

技术领域

本发明涉及电极及其制备技术领域，尤其是涉及一种元素掺杂的纳米多孔双金属硫化物一体式电极结构及其制备方法。

背景技术

随着经济规模的发展，化石能源资源匮乏，这使得人们对于能源的需求不断增长。近年来，锂离子电池为代表的电化学储能器件虽得到了广泛研究，但锂资源储量较低，且价格高昂，这阻碍了锂离子电池的应用。与之相比，钠资源不仅储量丰富，且价格低廉。钠与锂同属碱金属元素，具有相似的物理与化学性质，故钠离子电池与锂离子电池的工作原理也几乎相同。因此，钠离子电池在大规模储能领域具有较好的应用前景与优势。负极材料是钠离子电池中的关键材料之一，对于钠离子电池性能的发挥起着重要的作用。目前，传统的石墨负极材料经实验证明没有大量储存钠离子的能力，因而发展高容量并具有长循环稳定性的负极材料势在必行。过渡金属硫化物负极材料，具有较高的储钠容量，是未来钠离子电池负极材料的备选方案之一。由于在循环过程中和钠离子进行转化反应，过渡金属硫化物在循环过后会发生体积膨胀，造成电极粉化脱落，使得容量衰减。同时，这一类材料的导电性也有待改善。

公开于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，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种元素掺杂的纳米多孔双金属硫化物一体式电极的制备方法，从而克服现有技术的缺点。本发明的技术方案是这样实现的：

一种元素掺杂的纳米多孔双金属硫化物一体式电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)合金制备：制备含Cu/Co/Fe元素的锰基合金，所述锰基合金中，Ni的原子占比为15-30％，Cu、Co或Fe中的一种的原子占比为5-15％,Mn原子比不低于50％；

(2)将步骤(1)制备得到的锰基合金采用化学脱合金化的方法制备出孔径为2-40nm的镍基纳米多孔金属；

(3)将步骤(2)制备得到的镍基纳米多孔金属通过溶剂热法进行原位硫化，其中所述溶剂热法的工艺是：硫代乙酰胺作为硫化剂，硫代乙酰胺的浓度为10-200mmol/L，水热反应温度为80-200℃，水热反应时间为2-20小时，随后，在纳米多孔金属上获得原位负载的双金属硫化物；

(4)将步骤(3)制备得到的双金属硫化物进行热处理，其中所述热处理工艺是：以氩气和氢气的混合气氛中进行热处理，热处理温度为300-600℃，热处理时间为0.5-5小时，得到元素掺杂的纳米多孔双金属硫化物一体式电极。

进一步地，所述步骤(1)中的锰基合金制备的方法为利用电磁感应熔炼工艺得到均相的锰基固溶体合金锭，随后进行轧制，得到厚度为50-400um的合金薄带。

进一步地，所述步骤(2)中的化学脱合金化法具体步骤是：以0.5-1mol/L硫酸铵为腐蚀液，在温度为20-50℃的条件下对所述锰基合金进行脱合金处理，处理时间为2-10小时。

进一步地，所述步骤(3)中的溶剂热法包括以下步骤：将镍基纳米多孔金属置于水热反应釜中，硫代乙酰胺作为硫化剂，硫代乙酰胺的浓度为10-200mmol/L,水热反应温度为80-200℃，水热反应时间为2-20小时，水热反应之后将反应釜自然降温取出样品。

进一步地，所述步骤(4)中的热处理包括以下步骤：将双金属硫化物置于气氛炉中，按Ar:H₂＝100:1的比例通入混合气，以10℃/min的升温速率升高到100-600℃，保温0.5-5h后自然降温。