[发明专利]一种含铜多元金属硫化物为负极材料的钠离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及钠离子电池，尤其是涉及含铜多元金属硫化物为负极材料的钠离子电池及制备方法。

背景技术

随着能源问题日益严峻，新能源如太阳能、风能、地热能等成为热点研究方向，世界范围内很多国家都对新能源开发、利用投入大量的精力。而在新能源的利用过程中，由于时间或地域的限制，大型储能设施至关重要，化学电源作为一种储能设备，具有能量转化效率高、便于储存运输等优势，特别是二次电池，可以起到循环储能的作用。现阶段使用最为广泛、性能最为优异的的化学电源是锂离子电池，但由于锂的自然丰度相对较低(～20ppm)，资源分布不均(多集中在南美洲)，价格相对较高，在大规模储能电站的应用上受到一定的限制。而钠在地壳中的丰度高(>20000ppm)，是地壳中含量最高的元素之一，分布均匀，价格相对较低。钠是碱金属中次轻的元素，且电位(-2.71V vs.SHE)与锂(-3.04V vs.SHE)相近，因此近年来钠离子电池得到越来越广泛的关注，成为二次电池领域中一个新的研究热点。

电极材料的开发在钠离子电池技术发展中至关重要，优秀负极材料的开发是钠离子电池中最具有挑战性的工作之一。金属硫化物由于具有较高的理论比容量、出色的循环稳定性，有望成为钠离子电池负极材料，一些有关过渡金属硫化物在钠离子电池负极材料中应用的报道，如FeS₂(Z.Hu et al.(2015).“Pyrite FeS₂for high-rate and long-life rechargeable sodium batteries”.Energy Environ.Sci.,8,1309-1316.)、MoS₂(T.S.Sahu et al.(2015).“Exfoliated MoS₂Sheets and Reduced Graphene Oxide-An Excellent and Fast Anode for Sodium-ion Battery”.Sci Rep,5 12571.)、SnS₂(B.Qu et al.(2014).“Layered SnS₂-Reduced Graphene Oxide Composit-A High-Capacity,High-Rate,and Long-Cycle Life Sodium-Ion Battery Anode Material”.Adv Mater,26,3854-3859.)等。多元金属硫化物具有理论比容量较高、电子电导率高、价格相对低廉等优点，且多元金属硫化物不同金属之间具有一定协同作用，可以在一定程度上减少活性物质的体积效应，往往具有更好的电化学稳定性。然而迄今为止的专利尚未报道关于含铜多元金属硫化物作为钠离子电池负极材料及用这种材料作为负极的钠离子电池。

发明内容

本发明的目的是提供一种含铜多元金属硫化物为负极材料的钠离子电池。

本发明包括电池正极、电池负极、含钠电解质、分隔正极和负极的隔膜；所述电池负极材料为含铜多元金属硫化物，包括CuCo₂S₄及CuFeS₂，电池正极材料为嵌钠化合物，含钠电解质作为电池的电解质，隔膜分隔所述正负极以防止正负极直接接触短路。

所述含铜多元金属硫化物的制备方法为：

1)CuCo₂S₄粉末的制备：将硝酸铜、硝酸钴和硫脲在磁力搅拌条件下溶于去离子水中，搅拌混合，加入乙二胺，将溶液转移至水热釜中，反应后，冷却至室温，抽滤，用去离子水和无水乙醇清洗，干燥后即得CuCo₂S₄粉末；

在步骤1)中，所述硝酸铜、硝酸钴、硫脲、去离子水和乙二胺的配比可为2mmol︰4mmol︰10mmol︰100mL︰1mL，其中硝酸铜、硝酸钴、硫脲按摩尔计算，去离子水按体积计算；所述反应可在150℃下反应24h；所述干燥可在50～80℃真空干燥箱干燥6～12h。

2)CuFeS₂的制备：将硫酸铜、硫酸亚铁、硫代硫酸钠和S粉溶解分散于去离子水中，搅拌分散，将溶液转移至水热釜中，反应后，冷却至室温，抽滤，用去离子水和无水乙醇清洗，干燥后即得CuFeS₂粉末。