[发明专利]一种Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，特别涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

钠离子电池是一种新型电化学电源，具有原材料资源丰富、成本较低、比容量和效率较高等优点，较为符合规模化储能应用要求，在提升大规模可再生能源并网接入能力、提高电能使用效率和电能质量方面具有应用潜力，同时由于其比容量高、质量轻、寿命长和无记忆性等显著优势，在航空航天、混合电动汽车以及便携式电子设备等领域也具有广泛的应用。在这一背景下，钠离子电池近年来引起全世界范围内的广泛关注，关键材料和相关技术研究进展迅速。但是相对锂离子而言，钠离子具有较大的离子半径(0.102nm vs.0.076nm of Li)，这使得寻找合适的嵌钠材料具有一定难度。

发明内容

本发明的目的在于发明一种Ce掺杂SnS₂钠离子电池负极材料的制备方法，其制备成本低、操作简单、制备周期短，获得的纳米片组装花状SnS₂钠离子电池材料性能优异。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Ce掺杂SnS₂钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将SnCl₄·5H₂O溶于去离子水中，配制成溶液A，并调节溶液A的pH＝5～9，将Ce(NO)₃溶于去离子水中，配制成溶液B，将NaS·9H₂O溶于去离子水中，配制成溶液C；

2)将溶液B、溶液C和调解pH值后的溶液A按照Sn、S、Ce元素摩尔比n_Sn:n_S:n_Ce＝(1.0～2.5): (2.0～4.3):(0.005～0.01)的比例均匀混合，得到混合溶液D；

3)将混合溶液D放入水热电沉积反应釜中，密封水热釜，进行电弧放电水热反应；

4)待反应釜反应结束并冷却后，过滤、分离、洗涤得到前驱体，将前躯体冷冻干燥得Ce 掺杂SnS₂钠离子电池负极材料。

进一步的，步骤1)中：溶液A中Sn的浓度为0.5～1.2mol/L；溶液B中Ce的浓度为 0.05～0.25mol/L；溶液C中S的浓度为0.8～3.0mol/L。

进一步的，步骤3)中控制体积填充比50％～60％，反应温度控制在70～120℃，正负两极电压为800～1000V，脉冲占空比为50％，反应时间为1～3h。

进一步的，步骤4)中洗涤具体为采用去离子水、无水乙醇分别洗涤2～3次。

进一步的，步骤3)中冷冻干燥具体为：将所制备的前驱体在冷冻干燥机的冷冻室零下 50-60℃冷冻4-5h，然后在真空干燥室室温下干燥10-12h。

进一步的，所述Ce掺杂SnS₂钠离子电池负极材料为纳米片组装的花状结构，片层状厚度尺寸达到10～20nm，花球状直径为300～400nm。

进一步的，所述Ce掺杂SnS₂钠离子电池负极材料在100mA/g的电流密度下，首次放电容量可达到1493mAh/g，循环50次后，容量保持在460mAh/g。

进一步的，具体包括以下步骤：

1)将SnCl₄·5H₂O溶于去离子水中，配制成Sn浓度为0.5mol/L的溶液A，并调节溶液A 的pH＝5，将Ce(NO)₃溶于去离子水中，配制成Ce浓度为0.05mol/L的溶液B，将NaS·9H₂O 溶于去离子水中，配制成S浓度为0.8mol/L的溶液C；

2)将调解pH值后的溶液A、溶液C和溶液B按照Sn、S、Ce元素摩尔比n_Sn:n_S:n_Ce＝1.0: 2.0:0.005的比例均匀混合，得到混合溶液D；

3)将混合溶液D放入水热电沉积反应釜中，密封水热釜，控制体积填充比50％，反应温度控制在70℃，正负两极电压为1000V，脉冲占空比为50％，采用电弧放电水热反应1h后关闭电源；

4)待反应釜冷却后，经过滤、离心分离，采用去离子水、无水乙醇分别洗涤2次，得到前驱体，将所制备的前驱体在冷冻干燥机的冷冻室零下50℃冷冻5h，然后在真空干燥室室温下干燥10h即得到Ce掺杂SnS₂钠离子电池负极材料。