[发明专利]碳包覆氮掺杂型Cu9

说明书

本发明属于电池材料技术领域，公开了一种碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅及其制备方法和应用，该碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅的化学式为Cu₉S₅@NC，碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅的结构为类子弹状中空纳米结构。本发明制备的Cu₉S₅@NC具有高表面积和独特的类子弹状中空纳米结构，在高性能钠离子电池中显示出良好的性能。中空纳米结构可以有效地适应在嵌钠和脱钠过程中的体积膨胀变化，而构造类子弹状纳米结构可以在电极和电解质之间扩大接触面积，改善了电化学动力学性能。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅及其制备方法和应用。

背景技术

钠离子电池由于钠资源丰富、成本低廉及与锂离子电池相似的电化学反应机理等特点，被认为是锂离子电池最有前景的替代品之一。然而与Li⁺相比，Na⁺具有更大的离子半径、更高的氧化还原电位和更慢的反应动力学，所以在材料结构稳定性和动力学性能方面要求更严苛，这也成为钠离子电池迟迟难以商用的瓶颈。因此开发具有高可逆容量和快速反应动力学的电极材料仍然具有一定的挑战性。在过去的几年中，许多有前景的钠离子电池电极材料被广泛报道，包括各种负极材料(例如合金材料、金属硫属化合物、碳基材料)。在这些材料中，金属硫属化合物由于组成多样性和良好的电化学性能而备受关注。但它们大多数导电性较差、电化学反应过程中体积变化较大，从而表现出较差的倍率性能和循环性能。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅及其制备方法和应用，该碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅可用Cu₉S₅@NC 表示，具有高表面积和独特的“类子弹”状中空纳米结构，在高性能钠离子电池中显示出良好的性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅，其化学式为Cu₉S₅@NC，其结构为“类子弹”状中空纳米结构。

优选地，所述碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅的阻抗为2-6Ω。

优选地，所述碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅的可逆容量大于300mAh g^-1。

优选地，所述碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅的容量在循环2000次后，循环保持率大于85％。

优选地，所述Cu₉S₅@NC中碳氮比为0.01-0.5。

一种碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅的制备方法，包括以下步骤：

(1)将类子弹状ZnO纳米粒子和溶剂混合，分散，加入含硫反应剂，反应，热处理，固液分离，得到类子弹状ZnS纳米粒子；

(2)将所述类子弹状ZnS纳米粒子和盐酸多巴胺分散于缓冲液中，搅拌，洗涤，固液分离，取固相，煅烧，得到ZnS@NC中空纳米粒子；

(3)将所述ZnS@NC中空纳米粒子和铜盐混合，并加入溶剂搅拌，固液分离，取固相得到碳包覆氮掺杂型Cu₉S₅。