[发明专利]一种块状NiS2的制备方法及其在钠离子电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种块状NiS₂的制备方法及应用，特别涉及一种块状NiS₂作为负极材料在钠离子电池中的应用；属于钠离子电池领域。

背景技术

进入二十一世纪以来，人口、粮食、能源、资源和环境是人们公认的世界五大难题，其中，能源问题是人们不得不立即考虑解决的最重要的难题的。随着人类对能源的需求量不断增加，化石能源由于在地球上的含量有限，而且不可再生且对环境污染，已不能满足人类的需要。于是人类可是探寻各种各样的清洁能源，比如已经商业化应用的锂离子电池。但是作为锂离子电池材料的锂资源并不能满足除了优异的电化学性能之外的资源丰富、成本低廉的社会经济效益等要求。这种情况下，与锂同主族的有相似理化性质的钠受到了人们的青睐，并且钠离子电池与锂离子电池的充放电原理基本一致。

由钠离子电池的充放电原理我们可以得出，限制钠离子电池大规模商业化的瓶颈是目前未找到适于钠离子稳定脱嵌的正负极材料。在正极材料方面，研究较多的主要为层状材料Na_xMO₂和聚阴离子材料等；在负极材料方面主要为碳材料等嵌入类、锡和磷等合金类材料及氧化物或硫化物等转化类材料(Xingde Xiang,Kai Zhang,Jun Chen.[J].Advanced Materials,2015,27(36).)。近年来，人们随着对钠离子电池研究的深入，作为负极材料的硫化物越来越受到人们的关注。文献报道的2D材料MoS₂在1000mA/g的电流密度下经过100次的循环充放电之后容量可以达到484mAh/g(Zhu C,Mu X,van Aken P A,et al.Angew.Chem.Int.Ed.2014,53:2152-2156)。Zhe Hu等人报道的球型FeS₂作为钠离子负极材料在1A/g的电流密度下经过20000次的循环之后可以仍然可以达到200mAh/g(Hu Z,Zhu Z,Cheng F,et al.[J].Energy&Environmental Science,2015,8(4):1309-1316.)。 Zulipiya Shadike等人报道的钠离子负极材料CoS₂与碳纳米管复合材料在100mA/g的电流密度下经过100次循环充放电之后仍然可以达到631mAh/g的比容量(Shadike Z,Cao M H,Ding F,et al.[J].Chemical Communications,2015,51(52):10486-10489.)。

综上所述，硫化物作为钠离子负极材料由于其优异的电化学性能吸引了人们极大的兴趣，但是到目前为止，并没有关于NiS₂作为钠离子电池负极材料的报道。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是在于提供一种制备由高纯度NiS₂纳米球状小颗粒构成的块状NiS₂材料的方法，该方法简单、流程短、低成本，满足工业化生产要求。

本发明的另一个目的在于提供所述的块状NiS₂的应用，将其作为钠离子电池负极材料，使钠离子电池表现出比容量高及循环寿命长等优异的电化学性能。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种块状NiS₂的制备方法，该制备方法是将2-甲基咪唑醇溶液加入到镍盐醇溶液中混合均匀后，静置，离心分离、干燥，得到镍前驱体；所述镍前驱体与硫粉通过研磨混合后，置于真空环境中，在400～800℃温度下进行热处理，即得。

优选的方案，2-甲基咪唑醇溶液中2-甲基咪唑与镍盐醇溶液中镍离子的摩尔比为2～6:1。

较优选的方案，2-甲基咪唑醇溶液浓度为0.3～1mol/L。

较优选的方案，镍盐醇溶液中镍盐的浓度为0.1～0.3mol/L。

较优选的方案，2-甲基咪唑醇溶液和镍盐醇溶液中采用的溶剂为甲醇。

优选的方案，静置在室温条件下进行，静置时间为12～24h。

优选的方案，研磨混合时间为10～60min。

优选的方案，热处理时间为1～6h。

优选的方案，镍盐为硝酸镍和/或氯化镍。

优选的方案，镍前驱体与硫粉的质量比为1～3:1。

较优选的方案，块状NiS₂由NiS₂纳米颗粒堆积构成。