[发明专利]一种普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物及其制备方法与应用，所述普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物结构为三维立方体多孔结构，由铁钴镍基普鲁士蓝经过硫化得到，其框架由碳对其进行固定。所述的普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物通过湿化学法及后续硫化热处理制得。将该普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物用于钠/钾离子电池负极，比容量超高，循环性能良好，倍率性能优异。相比其他钠/钾离子电池负极材料，所述材料可有效增加负极材料的质量比容量，提高全电池中的能量密度。同时，由于其制备方法简单易行，其相应的开发有望实现钠/钾离子电池负极材料的工业化生产。

技术领域

本发明涉及钠/钾离子电池负极材料相关技术领域，具体涉及一种普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物及其制备方法与应用。

技术背景

随着现代社会的迅速发展，能源短缺的现象开始大量出现。为此，大量新能源如太阳能、风能、潮汐能、生物能等新能源被大量开发。但是这些新能源的供应具有间歇性，因此需要配备具有高效、廉价、安全的储能系统对其进行能量存储。由于锂离子电池具有高的能量密度、长的循环寿命、高的安全系数等特点，因此被认为是众多储能技术里最为合适的解决方案。但是，由于锂资源的短缺，其在大规模能量存储领域面临着极大的挑战。而且，目前全球的锂资源主要分布于智利、阿根廷、巴西和玻利维亚等少数国家及地区，一旦这些地区出现社会动荡，将会对全球锂源供给产生灾难性的影响。

作为一个替代方案，钠/钾离子电池开始被提出，并得到迅速的发展。与锂离子电池相比，无论是钠还是钾，其价格均远低于锂。因此，对钠/钾离子电池进行深入的研究在能源存储领域具有重要意义。但是，由于钠/钾离子与锂离子相比具有更大的半径，因此，普遍应用于锂离子电池负极材料的石墨并不合适用于钠/钾离子电池负极。因此，许多研究者们开始探索其它具有可嵌入-脱出钠/钾离子的碳材料，如多孔碳、石墨烯等。但是，其所获得的比容量依旧比较低，远不能满足目前钠/钾离子电池对其电化学性能的要求。因此，寻找一种合适的钠/钾离子电池用负极材料成为了目前一个亟需解决的问题。目前一个重要的方向是对过渡金属硫化物进行深入探索，寻找一种价格低廉、电化学性能稳定及高效的金属硫化物用于钠/钾离子电池负极材料。其中，铁、镍、钴及其复合硫化物用于钠/钾离子电池成为目前的一个研究重点(ACS Applied mol/Laterials Interfaces,2016,8,7811；Angewandte Chemie International Edition,2016,55,12822)。为了进一步提高其储钠/钾性能，研究者开始通过设计以普鲁士蓝衍生得到相应的硫化物(EnergyEnvironmentalScience,2017,10,1576)。但是，上述研究中，材料的电化学性能仍然有待提高。

发明内容

为了解决现有技术的不足和缺陷，本发明的首要目的在于提供一种普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物的制备方法。

本发明的另一目的是提供所述普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物的制备方法制得的普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物。

在本发明中，同样也通过设计普鲁士蓝衍生物如铁、镍、钴硫化物并对其进行储钠/钾，但是与其它工作相比，本发明通过利用普鲁士蓝衍生设计铁、镍、钴三元硫化物，可更为有效地提高其电化学性能，从而实现钠/钾离子全电池性能的提升。

本发明的再一目的在于提供上述普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物作为钠/钾离子电池负极材料的应用。

为了实现上述目的，本发明的具体技术方案是：

一种普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物，其结构为三维立方体多孔结构，由铁钴镍基普鲁士蓝经过硫化得到，其框架由碳对其进行固定，其中，铁、钴和镍的摩尔比为1～5：1～5：1～5，金属总含量为40～60wt％，硫的含量为30～50wt％，碳的含量为10～50wt％，铁、钴、镍、硫和碳的总含量为100wt％。

一种普鲁士蓝衍生铁钴镍硫化物的制备方法，该方法包括以下具体步骤：