[发明专利]一种孔隙可控的三维多孔NiS2微球及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及一种孔隙可控的三维多孔NiS₂微球制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着工业的发展、化石燃料的大量使用，导致环境污染愈发严重。寻找新型绿色清洁能源成为当前亟待解决的问题，而能源存储系统则是发展清洁能源的保证。锂离子电池是最具有潜力的储能系统之一，但是随着锂离子电池的大规模应用，金属锂资源正急剧下降。据统计，按目前的消耗速率，现存的锂资源仅能支撑使用40年。如何寻找替代金属锂的新型电池材料成为当前能源领域的研究热点。

作为同主族的金属钠，其与金属锂具有相似的化学性质且储量极为丰富，是替代锂最具潜力的金属。钠离子电池具有优异的倍率性能、较高的容量及良好的循环稳定性。纳米材料具有较高的比表面积及较好的活性，作为钠离子电池电极材料时与电解液接触面积大、钠离子脱嵌距离短，能有效的提高材料的电化学活性，作为高容量长寿命钠离子电池电极材料时具有显著的优势。纳米材料因具有高比表面积以及与电解液的良好接触促进钠离子的扩散，因而减少了极化和充放电过程中存在的结构应力，从而提高电池的电化学窗口和循环稳定性，而其中多孔的纳米材料更展现出了极大的优势。

作为一种有潜力的负极材料，过渡金属硫化物具有原料便宜，储量丰富，合成简单，理论容量高等特点，因而被广泛地研究。然而这种电极材料存在一个由于其发生的电化学转化反应造成材料不可逆相变所导致容量衰减和循环寿命下降的技术问题。近年来，如何提高过渡金属硫化物在电化学反应中的稳定性成为研究热点，其主要策略是合成多孔分级结构的电极材料，一般的合成方法存在合成步骤繁琐、合成产物产率低等问题，而通过简单的水热合成-刻蚀-煅烧三步法合成一种孔隙可控的三维多孔NiS₂微球目前尚未有人报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有的技术而提供一种孔隙可控的三维多孔NiS₂微球制备方法和应用。其工艺简单，成本较低，符合绿色化学的要求，所合成的孔隙可控的三维多孔NiS₂微球在用作钠离子电池电极材料时具有良好的电化学性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种孔隙可控的三维多孔NiS₂微球，所述NiS₂微球的直径为300-700nm，所述NiS₂微球由立方结构的NiS₂纳米晶构成并形成多孔结构，所述NiS₂微球的多孔结构是孔径分布在10-15nm的介孔。

所述的孔隙可控的三维多孔NiS₂微球的制备方法，包括以下步骤：

1)将六水合氯化镍和五水合硫代硫酸钠加入到去离子水中，搅拌5-10min使其充分溶解；

2)将硅胶加入到去离子水中，搅拌10-20min，使其分散；

3)在步骤1)所得溶液中，加入步骤2)所得的硅胶分散液，恒温水浴下搅拌50-60min；

4)将步骤3)所得的溶液装入反应釜中水热反应，取出反应釜，自然冷却到室温；

5)将步骤4)所得的产物离心过滤，并用水和无水乙醇洗涤4-6次，在烘箱中烘干即得到掺杂二氧化硅的NiS₂微球黑色粉末；

6)将步骤5)所得的产物置于烧杯中，加入NaOH溶液进行刻蚀；

7)将步骤6)所得的产物离心过滤，并用水和无水乙醇洗涤4-6次，在烘箱中烘干即得到多孔结构的NiS₂微球黑色粉末；

8)将步骤7)所得的产物置于管式炉中煅烧，即得到三维多孔NiS₂微球。

上述方案中，步骤1)和步骤2)中，六水合氯化镍、五水合硫代硫酸钠及硅胶的质量比为1-2：2-3：1-2；通过控制反应过程中硅胶的加入量，实现所制备产物的孔隙调控。

上述方案中，步骤1)和步骤2)中的去离子水为30-50mL。

上述方案中，步骤3)所述的硅胶分散液为30-50mL，水浴温度为30-50℃。

上述方案中，步骤6)所述的NaOH溶液的浓度为1-3mol/L。

上述方案中，步骤4)所述的水热反应温度为160-200℃；反应时间为6-48小时。

上述方案中，步骤8)所述的煅烧温度为300-500℃；煅烧时间为2-16小时。

所述的孔隙可控的三维多孔NiS₂微球作为高容量长寿命钠离子电池负极材料的应用。