[发明专利]一种钠离子电池负极的制备方法及应用

说明书

本发明涉及纳米材料生产技术领域，一种钠离子电池负极用煤沥青树脂基无定形碳包覆少层二硫化钼纳米盒子的制备方法及应用。制备方法包括以下过程：将氯化钠饱和水溶液逐滴加入无水乙醇中，抽滤后干燥滤饼制得氯化钠模板，将煤沥青树脂、四硫代钼酸铵、造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯及氯化钠模板按一定比例加入到氮甲基吡咯烷酮中，搅拌加热蒸干溶剂进行碳化处理，冷却至室温取出，采用去离子水洗涤氯化钠模板，干燥后得到目标材料并具体应用于钠离子电池中。本发明优点是：使用的碳源和造孔剂来源广泛、价格低廉；氯化钠模板和氮甲基吡咯烷酮溶剂可以循环使用，成本低；目标材料作为钠离子电池负极材料表现出较高的可逆储钠容量和较好的倍率性能。

技术领域

本发明渉及一种钠离子电池负极用煤沥青树脂基无定形碳包覆少层二硫化钼纳米盒子的制备方法及应用，属于纳米材料生产技术领域。

背景技术

电能是维持人类社会运行和发展的关键能源，而电能的利用过程中需要大量的储能器件。锂离子电池具备高电压、高能量密度和长循环寿命等优异性能，在日常生活中得到了广泛应用。但是锂资源在地壳中含量有限且分布不均，在不考虑回收的情况下，已探明锂资源储量仅能满足人类未来几十年的需求。因而要把锂离子电池作为大规模储能设备使用，仍然存在一些难以克服的问题。考虑到钠与锂具有相似的物理化学性质和相似的储存机制，且在自然界中储量丰富、原材料成本低廉，钠离子电池用于大规模储能系统具有巨大潜力。

电极材料是钠离子电池技术中的关键问题，就负极材料而言，新型钠离子电池主要采用无定形碳、金属硫化物、锡、锑等。其中无定形碳具有导电性好、结构易于调控、成本低、循环稳定性好等优点，但其储钠比容量有限。层状金属硫化物具有较高的比容量，但是导电性差，且循环过程中体积变化明显，容量衰减迅速。Xie X [Xie X, Makaryan T, ZhaoM, et al. MoS₂ Nanosheets Vertically Aligned on Carbon Paper: A FreestandingElectrode for Highly Reversible Sodium‐Ion Batteries [J]. Advanced EnergyMaterials, 2015, DOI: 10.1002/aenm.201502161]将二硫化钼纳米片垂直生长在碳纸上制备了碳/二硫化钼复合材料，但是由于二硫化钼纳米片未被碳基体包覆，且纳米片为多层结构等原因，材料的比容量和倍率性能仍然不够理想。碳包覆少层二硫化钼结构可明显抑制充放电过程中的体积变化，同时碳基底保证了复合材料良好的导电性，有望获得比容量高、循环稳定性好的钠离子电池负极材料。

碳基复合材料的微观形貌和结构会影响材料与电解液接触面积、钠离子扩散路径等，最终影响材料电化学性能。纳米盒子是由二维纳米片组装而成的纳米结构，具有与电解液接触面积大，钠离子传输路径短等优点，有望制备高性能电极材料。传统碳基纳米盒子以三氧化二铁纳米颗粒等为模板，碳化后需要酸洗去除模板，制备工艺复杂且易污染环境，不利于规模化生产。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种钠离子电池负极用煤沥青树脂基无定形碳包覆少层二硫化钼纳米盒子的制备方法及应用。该制备方法制备过程简单，原料来源丰富，所制备的复合材料用作钠离子电池负极具有比容量高，倍率性能好和循环性能优异等优点。

为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种钠离子电池负极用煤沥青树脂基无定形碳包覆少层二硫化钼纳米盒子的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、室温下，将氯化钠饱和水溶液逐滴加入无水乙醇中，抽滤后干燥滤饼制得氯化钠模板，所述氯化钠饱和水溶液与无水乙醇质量比为1:5-30，滤饼干燥温度控制在80-120 ^oC，干燥时间控制在2-10 h；