[发明专利]一种多孔空心碳球负载一硫化锡纳米量子点复合电极材料

说明书

本发明涉及一种多孔空心碳球负载一硫化锡纳米量子点复合电极材料及其制备和应用。该材料是将锡源和硫源溶于溶剂中，加入多孔空心碳球，溶剂热反应，烧结得到。制备方法包括：混合溶液制备，二硫化锡/多孔空心碳球前驱体制备，多孔空心碳球负载一硫化锡纳米量子点复合电极材料制备。该方法操作简单、反应温度低、条件易控制，制备的一硫化锡量子点均匀负载在多孔空心碳球的表面。

技术领域

本发明属于新能源材料及其制备和应用领域，特别涉及一种多孔空心碳球负载一硫化锡纳米量子点复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

在全球能源与环境问题日益严峻的情况下，开发高效、清洁、可再生新能源的任务变得十分迫切。锂离子电池因能量密度大、循环寿命长、工作电压高、自放电小、工作温度范围宽及无记忆效应等优点，近年来，在电子设备、交通工具、清洁能源储存等应用中受到广泛关注。但高成本一直是制约锂离子电池发展的瓶颈之一。由于锂离子电池是电动汽车的主力电源，电动汽车的快速发展更加加剧了锂资源短缺，推高了锂离子电池的价格，给锂离子电池在电动汽车以及储能系统规模化应用带来挑战，迫切需要开发出无资源限制、能量密度高的二次电池体系，以满足日益增长的电动汽车与储能系统的需求。因而，研究高性能且资源丰富的储能材料对人类社会实现可持续发展具有重要意义。

钠、钾和锂在同一主族，且具有相似的物化性质，自然界中储量丰富，价格低廉，因此钠离子电池/钾离子电池被当做最有希望替代锂离子电池的储能器件，但因钠离子、钾离子半径大使得离子在电池材料中嵌入和脱出困难，而且，钠、钾的相对原子质量比锂高，电池理论比容量较小，所以如果大规模把钠离子电池/钾离子电池应用于储能领域，除了靠自身的优势-低成本之外，还必须要提高电池的能量密度，才有可能在储能应用中与锂离子电池匹敌。

目前已经报道的具有较高比容量的二次电池负极材料包括金属单质、合金，磷及金属硫化物，其中一硫化锡作为典型的金属硫化物，会先与钠离子发生转换反应，生成的金属单质M再与钠离子发生合金化反应形成Na_xM，所以具有较高的理论容量。最近研究发现，一硫化锡/碳复合材料作为钠离子电池负极材料表现出较好的电化学性能[J.Mater.Chem.A,2014,2,16424-16428；J.Power Sources,2015,293,784-789；J.Mater.Chem.A,2015,3,16971-16977],但是，值得关注的是，一硫化锡较大的体积膨胀(242％)会造成其晶体结构坍塌和颗粒粉化，随着活性物质的粉化脱落和电极结构的破坏，会造成电池的循环性能变差。因此，如何优化一硫化锡的纳米结构，控制一硫化锡颗粒的生长，限制电池循环过程中的体积膨胀是利用好一硫化锡这一电极材料的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多孔空心碳球负载一硫化锡纳米量子点复合电极材料及其制备方法和应用，以克服现有技术中活性材料在电池循环过程中因体积膨胀引起的循环性能差等缺陷。

本发明的一种多孔空心碳球负载一硫化锡纳米量子点复合电极材料，所述材料是将锡源和硫源溶于溶剂中，加入多孔空心碳球，超声，溶剂热反应，洗涤，烘干，惰性气氛下烧结得到。

所述锡源为二氯化锡、四氯化锡、二氧化锡中的一种。

所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺、硫化钠中的一种。

所述溶剂为乙醇、乙二醇中的至少一种。

本发明的一种多孔空心碳球负载一硫化锡纳米量子点复合电极材料的制备方法，包括：

将锡源和硫源溶于溶剂中，搅拌至溶液澄清，加入多孔空心碳球，继续搅拌，超声，得到混合溶液，溶剂热反应，冷却，洗涤、烘干，得到二硫化锡/多孔空心碳球前驱体，在惰性气氛下烧结，得到多孔空心碳球负载一硫化锡纳米量子点复合电极材料，其中锡源和硫源的摩尔比为1:1-1:10，混合溶液中锡源浓度为0.02-3mmol/mL，复合电极材料中多孔空心碳球的质量分数为5wt％-50wt％。