[发明专利]一种多核壳结构的FeS2

说明书

本发明公开了一种多核壳结构的FeSsubgt;2/subgt;@C纳米胶囊材料的制法及应用，方法包括：使用硫酸铵协助的水热法得到Fesubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;纳米胶囊模板；在步骤(1)产物的表面包覆聚多巴胺，再在氩气中烧结，得到Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@C纳米胶囊；产物经HF稀释液处理，搅拌，离心，得到多核壳结构的Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@C纳米胶囊；产物在Hsubgt;2/subgt;S气氛中煅烧，得到多核壳结构的FeSsubgt;2/subgt;@C纳米胶囊材料。本发明制得的多核壳结构的FeSsubgt;2/subgt;@C纳米胶囊材料具有优异的电化学性能，是一种极具前景的钾离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及钾离子电池负极材料的制备方法及应用，特别涉及一种多核壳结构的FeS₂@C纳米胶囊材料的制法及应用。

背景技术

在电化学储能领域，锂离子电池(LIBs)凭借高工作电压、大能量密度和长循环寿命成为最广泛使用的储能设备。LIBs的商业应用范围从便携式电子产品逐步扩展到电动汽车的应用，并且还在快速发展，这引发了人们对锂资源的持续性和价格上涨的担忧。另一方面，太阳能、风能、水电和其他来源的可再生能源存储市场的不断增长导致人们迫切需要更为可靠且成本更低的替代品来取代昂贵的LIBs。最近，钾离子电池(PIBs)被提出并被认为是LIBs最有前途的替代品之一，因为钾资源高天然丰度高，与Na相比具有更低的标准氧化还原电位(Li/Li⁺＝-3.040V、K/K⁺＝-2.936V、Na/Na⁺＝-2.714V vs SHE)，而且与锂的电化学性质相似，有望在大规模储能领域发挥主导作用。

FeS₂具有高的理论容量、低的制备成本和绿色环保等特点，是钾离子电池理想的负极材料。然而，该材料属于硫化物，其导电性较差。而且在嵌脱钾过程中体积变化较大，容易造成材料结构的破坏，恶化循环稳定性。另外，放电过程产生的多硫化物溶出问题会造成容量的快速衰减。因此FeS₂材料的发展和应用受到循环稳定性和倍率能力较差的限制。

碳包覆是解决上述问题最有效的策略之一。导电碳包覆FeS₂能够提高整体的电子电导率，而且包覆层在一定程度上能够限制其体积膨胀和硫化物溶出。尽管如此，常规方法得到的FeS₂颗粒较大，内部的物质难以发挥活性，常常表现出较低的可逆容量。而且长时间循环后外层碳包覆容易被撑破而导致结构破坏。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种循环性能及倍率性能优异的多核壳结构的FeS₂@C纳米胶囊材料的制备方法。

本发明的另一个目的是提供上述多核壳结构的FeS₂@C纳米胶囊材料的应用。

技术方案：本发明所述的多核壳结构的FeS₂@C纳米胶囊材料制备方法，包括以下步骤：

(1)使用硫酸铵协助的水热法得到Fe₂O₃纳米胶囊模板；

(2)在步骤(1)中产物的表面包覆聚多巴胺，再在氩气中烧结，得到Fe₃O₄@C纳米胶囊；

(3)使步骤(2)中的产物经HF稀释液处理，得到多核壳结构的Fe₃O₄@C纳米胶囊；

(4)将步骤(3)中的产物在H₂S气氛中煅烧，得到多核壳结构的FeS₂@C纳米胶囊材料。