[发明专利]一种碱金属离子插层SnS2

说明书

本发明公开了一种碱金属离子插层SnSsubgt;2/subgt;及其制备方法和在制备电池中的应用，属于材料制备和电池负极材料技术领域。采用硫脲或尿素和不同的碱混合作为熔盐体系，加入硫源和锡源，通过低温熔盐法，经过冷却、洗涤、干燥，制备出不同碱金属离子插层SnSsubgt;2/subgt;。将一定量的碱金属离子插层SnSsubgt;2/subgt;、羧甲基纤维素钠和乙炔黑混合研磨后，加水配制成混合浆料，均匀地涂布在铜片上，作为锂、钠和钾离子电池的负极。本发明公开的碱金属离子插层SnSsubgt;2/subgt;的制备方法具有操作简便、成本低等优点。使用该方法制得的碱金属离子插层SnSsubgt;2/subgt;层间距大，可以大量合成。使用碱金属离子插层SnSsubgt;2/subgt;作为负极的锂、钠和钾离子电池具有较高的比容量、良好循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于材料制备和电池负极材料技术领域，具体涉及一种碱金属离子插层SnS₂及其制备方法和在制备电池负极材料中的应用及制备方法。

背景技术

可充电锂离子、钠离子和钾离子电池被认为是在便携式电子设备、电动汽车和电网的能源储存和转换等方面广泛应用的重要技术。高比容量和长循环寿命是此类电池研究和开发的主要努力方向。实现电池高性能的途径之一是负极在充放电过程中实现快速的锂、钠、钾离子插入/提取，且无明显的结构变化，其中锂、钠、钾离子电池的负极材料起着重要的作用。

硫化锡(SnS₂)作为一种层状过渡金属硫化物，具有典型的CdI₂型层状结构，由S-Sn-S三层组成，层与层之间通过范德华力相互连接。层间距为0.59nm，使得SnS₂适合Li⁺、Na⁺和K⁺的插入，而不会产生明显的体积膨胀。然而，纯SnS₂电极在充放电过程会发生严重的粉化现象，纳米片会重新堆积导致长循环后和高电流密度下的比容量衰减。扩大SnS₂的层间距不仅能够缓解充放电过程中体积膨胀，同时能够抑制SnS₂纳米片在循环过程中的重新堆积，向SnS₂层间插入碱金属离子是扩大其层间距的有效方式之一。目前,获得碱金属离子插层的层状硫化物(如Li_xSnS_2-x、Li_xMoS_2-x)主要通过将预先制备好的SnS₂或MoS₂与一定浓度的正丁基锂混合，在室温下搅拌48h获得锂嵌入的二硫化锡或二硫化钼。这类方法中使用的有机溶剂成本高、有毒、危险性高，且实验操作复杂、周期长、产率低。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碱金属离子插层SnS₂及其制备方法和其在电池负极材料中的应用及制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种碱金属离子插层SnS₂的制备方法，采用硫脲或尿素和碱混合作为熔盐体系，再加入锡源和硫源，通过低温熔盐法，经冷却、洗涤和干燥，制备出碱金属离子插层SnS₂。

优选地，所述碱为LiOH·H₂O、NaOH或KOH。

优选地，所述锡源为SnCl₄·5H₂O、SnCl₂·2H₂O或SnI₂。

优选地，所述硫源为L-半胱氨酸、硫代乙酰胺、硫脲或硫化钠。

优选地，硫脲或尿素和碱的质量比为1：(2-6)，锡源和硫源的摩尔比为1：(1-5)。