[发明专利]一种层间距、孔体积可调的钠离子电池用层次硫化铜微球材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种层间距，孔体积可调的钠离子电池用层次硫化铜微球材料的制备方法，是以铜盐，硫盐，表面活性剂为原料，以水与有机溶剂的混合物为溶剂，放入高压釜中，在80‑180°C下反应5‑30小时，抽滤，干燥后，获得直径2‑3um粒径均一，单分散性层间距，孔体积可调的钠离子电池用层次硫化铜微球材料。本发明的特点在于操作方法简单，产率高，层间距，孔体积可调的硫化铜微球粒径均一，分散性好，电化学储能性能优越。该制备层间距，孔体积可调的硫化铜微球合成工艺较传统工艺简单易于操作，可调控性强，循环稳定性高，倍率性能好。因此该材料有望在锂、钠离子电池等领域拥有广泛的应用。

技术领域

本发明涉及钠离子电池负极材料的制备领域，具体涉及一种层间距、孔体积可调的钠离子电池用层次硫化铜微球材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池自其原形诞生以来，随着技术的不断进步，其性能较以前有了明显提高，在数码产品和高端的仪器产品中作为重要的电能供能源。但是锂电池普遍存在原料昂贵成本高、市场竞争力薄弱的问题。钠离子电池与锂离子电池的工作原理基本相同，都是通过碱金属离子在电极材料之间的插入脱出，来实现化学能与电能的相互转化。

与锂离子电池相比，钠离子电池具有的优势有：

（1）钠盐原材料储量丰富，价格低廉；

（2）由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液（同样浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20%左右）降低成本；

（3）钠离子不与铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，可以进一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；

钠离子电池能量密度大于100 Wh kg^-1，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池电容器主要有传统的静电电容器和电化学超级电容器。

（4）可以沿用现有的生产工序。钠离子电池的工作机制与锂电池相同，电池企业的现有生产设备可以直接用来生产钠离子电池。因为基本不需要设备投资，所以各家企业容易将其作为替代电池开展生产。未来，钠离子电池在储能领域的可再生能源消纳、分布式储能电站、削峰填谷等领域的应用价值受到越来越多的重视，随着钠离子电池研发技术的进步以及工序成本的降低，其未来市场值得期待。虽然钠离子电池不会马上取代锂离子电池，但是会有适合其特性的用途，作为锂离子电池的一种替代品，逐渐得到采用。

针对钠离子电池的研究还有许多空白亟待填补，而电极材料对钠离子电池的电化学性能起到决定性的作用。其中，寻找具有比容量高、工作电压高、结构稳定、体积变化小、安全性好的电极材料是重中之重。目前，钠离子电池负极材料碳基储钠负极材料，合金类储钠负极材料以及其他储钠负极材料。如，Komaba课题组报道的硬炭材料(Adv. Funct.Mater., 2011, 21, 3859)在25mA g^-1下具有240 mAh g^-1的嵌入容量，100次循环后保持在200 mAh g^-1，具有较好的循环性能。锡/碳复合材料(J. Power Sources, 2013, 225,316)，作为钠离子电池负极具有584 mAh g^-1的初始容量，首次不可逆容量损失为30 %。无定形的TiO₂纳米管 (J. Phys. Chem. Lett., 2011, 2, 2560)，当碳纳米管管径大于80 nm时，首次充电容量为75mAh·g^-1，15次循环后容量增加到150 mAh g^-1。通过球磨法将联噻吩聚合物PBT与碳复合得到PBT / C复合材料(Electrochim. Acta,2012,78,27．)。该材料具有1187 / 690 mAh g^-1的充/放电比容量，40次循环后放电容量约为400 mAh g^-1首充可逆性较差，循环稳定性较差。