[发明专利]一种具有纳米片层组装的三维环状微纳结构的硫化钴的制备方法及其应用

说明书

本发明属于硫化物纳米材料技术领域，公开了一种具有纳米片层组装的三维环状微纳结构的硫化钴的制备方法及其应用。该发明的制备方法将CoCl₂·6H₂O溶于乙二胺中，再加入硫代乙酰胺，然后将上述溶液转移到反应釜中，对产物进行洗涤干燥，得到具有纳米片层组装的三维环状微纳结构的硫化钴。本发明操作简单、容易制备、可控性高，而且合成原料廉价、产率高。这种由纳米片层组装的三维环状结构硫化钴，有着良好的电化学性能。在电流密度为100mA/g时，其首次放电比容量为745mAh/g，在电流密度为1A/g时循环200圈后容量仍高达392mAh/g，循环稳定性好，是一种性能优异的钠离子电池负极材料，在储能方面应用前景广阔。

技术领域

本发明属于硫化物纳米材料技术领域，具体涉及一种具有纳米片层组装的三维环状微纳结构的硫化钴的制备方法及其应用。

背景技术

随着电动车和智能电网的推进，锂资源短缺的问题日益突出，并且价格急剧增长。仅仅对锂资源进行回收不足以应对市场的巨大需求。与锂相比，钠储量丰富、分布广泛、成本低廉，并且作为相邻的碱金属元素，与锂具有相似的理化性质，钠离子电池近年来得到广泛关注。

虽然钠离子电池具有潜在的应用价值，但是钠离子半径大于锂离子，使得钠离子电池动力学缓慢，且在充放电过程中体积变化较大。因此，设计并开发合适的钠离子电池负极材料尤为重要。

硫化钴是一种基于转换反应的负极材料，理论容量较大，是一种非常有前景的储钠材料。然而，硫化钴充放电循环过程中容易造成体积变化引起的粉化和结构坍塌等问题，从而使硫化钴的循环性能和倍率性能无法满足商业化的需求。

研究表明，电极材料的结构对钠离子电池的性能影响颇大。目前广泛制备得到的硫化钴主要是球状结构，有效的设计材料结构(如微纳结构)来改善这类材料的电化学性能，是十分重要的研究方向。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种具有纳米片层组装的三维环状微纳结构的硫化钴的制备方法简单、能耗低，所制得的具有纳米片层组装的三维环状微纳结构的硫化钴体现出优异的储钠性能。

本发明采用的技术方案是：一种具有纳米片层组装的三维环状微纳结构的硫化钴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将CoCl₂·6H₂O加入到乙二胺中，搅拌溶解，得到混合溶液A；

2)在步骤1)所得混合溶液A中，加入硫代乙酰胺，搅拌溶解，得到混合溶液B；

3)将步骤2)所得混合溶液B转移到反应釜中反应；

4)将步骤3)所得的产物分离洗涤干燥，即得到三维环状微纳结构的硫化钴。

具体的，步骤1)所述混合溶液A中的Co²⁺的浓度为0.07～0.17mol/L。

具体的，步骤2)所述混合溶液B中Co²⁺与硫代乙酰胺的摩尔浓度比为0.26～0.63。

具体的，步骤3)所述反应釜中反应的条件为180℃、24～72h。

具体的，步骤4)所述洗涤的条件为用去离子水和无水乙醇分别洗涤3～4次。

具体的，步骤4)所述干燥的条件为在60℃真空烘箱中干燥10～12h。

另外，本发明公开的一种具有纳米片层组装的三维环状微纳结构的硫化钴可作为钠离子电池负极材料。