[发明专利]一种纳米片状结构的钠离子电池负极材料NiCo2

说明书

一种纳米片状结构的钠离子电池负极材料NiCo₂S₄及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。是将硝酸钴、碱式碳酸镍、硫脲一起加入到去离子水中，搅拌10～20min；再向其中加入氨水，溶液变成深黑色，搅拌1～3h；将得到的反应溶液在150～180℃条件下水热反应15～25h；待反应溶液冷却到室温，用水和无水乙醇分别离心洗涤3～5遍；将离心产物在50～80℃条件下烘干12～24h，得到NiCo₂S₄。本发明通过制备特殊形貌的NiCo₂S₄，有效抑制了材料在钠离子插入脱出过程中的体积膨胀，缩短了钠离子和电子的传输路径，在一定程度上也提高了材料的电化学性质，大大改善了电池的循环和倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种纳米片状结构的钠离子电池负极材料NiCo₂S₄及其制备方法。

背景技术

伴随着当今世界经济的飞速发展，人类对于能源的需求越来越大，世界范围内的能源危机也日益突出。尽管锂离子电池在商业上获得成功，但锂资源有限，随着对锂资源的需求不断增加，其将远远满足不了将来人们对储能方面的需求，可以预见，在不久的将来，锂资源将会成为继石油、煤炭及天然气之后新的稀缺资源。因此，探索与开发新型储能技术成为了目前学术界研究的重点与热点。相比于锂元素在地壳的有限储量，钠元素在地壳的储量十分丰富，含量超过2％，为锂的400倍。同时，钠的还原电位与锂最为接近(仅相差0.3V)。因此，不论是从资源储量、加工成本，还是标准电极电势等方面考量，基于钠离子在正负极之间穿梭的钠离子二次电池均是一种最具有应用前景的新兴储能技术。

钠离子电池作为规模储能应用优势明显，但同时也存在挑战，特别是寻找电化学性能优异的电极材料十分困难。现阶段钠离子电池研究还比较少，可供选择的正负极材料不成熟，相应的制备工艺进展很有限，从而导致目前钠离子电池性能还远远达不到预期目标。因此，寻找并发展高性能钠离子电池电极材料就显得尤为重要。目前，常见的负极材料有碳基材料，合金类材料，钛基材料和有机化合物材料等。而过渡金属硫化物是一种新兴起的钠离子电池负极材料，与金属氧化物相比，金属硫化物表现出优越的氧化还原可逆性和更高的电化学活性。二元金属硫化物(比如：NiCo₂S₄)的电化学性能更优于一元金属硫化物。本发明首次合成了具有独特的纳米片状结构的NiCo₂S₄，并首次将其应用于钠离子电池。纳米片状结构有效缓解了NiCo₂S₄在钠离子嵌入和脱出时发生的体积膨胀，进而取得了优异的电池性能。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提出了一种纳米片状结构的钠离子电池负极材料NiCo₂S₄及其制备方法，旨在解决现有钠离子负极材料容量低、循环稳定性差、体积效应过大的问题。本发明的钠离子电池负极材NiCo₂S₄，可有效减缓NiCo₂S₄的体积膨胀效应，可有效防止负极在充放电过程中与集流体脱落，独特的纳米片状结构缩短了钠离子和电子的转移路径，有效地提高了负极材料电化学性能，特别是倍率性能。

为实现上述目的，本发明所述的纳米片状结构的钠离子电池负极材料 NiCo₂S₄的制备方法，其步骤如下：

1)将0.1746～0.3492g硝酸钴、0.0375～0.075g碱式碳酸镍、 0.0912～0.1824g硫脲一起加入到25～30mL去离子水中，搅拌10～20 min；

2)向步骤1)得到的反应溶液中加入5～20mL、质量浓度25％～28％的氨水，溶液变成深黑色，搅拌1～3h；

3)将步骤2)得到的反应溶液在150～180℃条件下水热反应15～25h；