[发明专利]钠离子电池负极材料少层二硫化铼纳米片/空心碳球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钠离子电池负极材料少层二硫化铼纳米片/空心碳球及其制备方法。所述负极材料是通过将二硫化铼纳米片附着在多孔的空心碳球内外碳壳形成，以高铼酸铵为前驱体、硫代乙酰胺为硫源、水合肼为还原剂和多孔空心碳球为二硫化铼生长骨架，制得所述的负极材料。本发明制备的负极材料，以粒径均一的空心多孔碳纳米球为骨架，将二硫化铼片层结构均匀的分散于碳壳上，多孔空心碳球的使用，限制了二硫化铼纳米片的生长层数在2～7之间，这种少层二硫化铼纳米片/空心碳球纳米复合材料，不仅具有多的嵌钠活性位点，高的导电性，内部的空腔还可以缓冲体积效应，防止片层脱落维持结构的稳定，且二硫化铼纳米片无明显团聚现象。

技术领域

本发明属于钠离子电池材料合成技术领域，具体涉及一种少层ReS₂纳米片/空心碳球复合材料(ReS₂/C)及其制备方法。

背景技术

钠离子电池的最初研究几乎同步于锂离子电池。随着锂离子电池在电子设备的大规模使用化及电动汽车和大规模电网储能的潜在需求，人们对地壳中锂元素储量的担忧也在逐步增加。考虑到钠离子和锂离子相似的化学性质及地壳中钠元素的丰富储量，最近几年关于钠离子电池的研究再度兴起。相对锂离子电池而言，钠离子电池在以下方面具有明显优势：1、钠元素在地壳中的储量超过锂元素的1000倍，且分布广泛，开采成本低廉；2、与锂离子电池相比，钠离子电池的半电池电势高出0.3～0.4Ｖ，电解质的选择范围更宽；3、钠电池有相对稳定的电化学性能，使用更加安全。然而，钠离子电池同时也存在一些先天劣势：1、钠元素相对原子质量远大于锂元素（23.0 vs 6.9），从而导致钠离子电池的理论质量比容量小于锂离子电池；2、钠离子半径远大于锂离子半径，从而对寻找合适的钠离子嵌入材料提供了更多困难，进而导致钠离子电池的理论体积比容量也小于锂离子电池。目前关于钠离子电池的研究飞速进展。但大部分还是集中在寻找合适的钠离子嵌入材料，研究钠离子嵌入机制，提升电池的比容量、循环性能等各方面。

碳材料具有异常丰富形貌、结构及孔径分布等，这些对钠离子存储性能有着相当重要的影响。截止到目前，人们广泛研究了各种碳材料的电化学储钠性能，从零维碳点，到一维碳纳米管，碳纤维，二维石墨稀，再到各种形貌的三维碳材料。其比容量虽较石墨有所提高，但一般仍旧低于300 mA h g^-1。尽管通过元素惨杂，复合方式对碳材料改性可在一定程度上提升其比容量，但结果并不是特别可观。层状钛酸盐化合物是另一种研究较多的钠离子电池嵌入型负极材料。由于具有较低的嵌钠电位，并且钠离子嵌入时，几乎零应变出现，因而吸引了人们的关注。但这类型材料亦面临一系列问题：电导率很差并且理论比容量低。目前大部分实验结果表明其比容量低于200 mA h g^-1。目前研究最多的是各种金属氧化物及硫化物。例如使用酸剥离的方式合成了自支撑的MoS₂-石墨烯纸，组装钢离子电池发现，相比纯MoS₂，这种复合材料的循环特性有了很大提高。不同金属氧化物与硫化物理论比容量对比，可以看出，基于类似的反应机理，由于硫元素的原子量大于氧，因此对同一种过渡金属，其氧化物理论比容量一般大于对应的硫化物。但两种材料都存在严重的体积膨胀效应。

发明内容

本发明的目的是提出一种钠离子电池负极材料少层二硫化铼纳米片/空心碳球及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种钠离子电池负极材料，所述负极材料是通过将二硫化铼纳米片附着在多孔的空心碳球内外碳壳形成。

其中，空心碳球的直径410±5nm，碳壳的厚度28±2nm，二硫化铼纳米片层数为2～7之间。

上述钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：