[发明专利]用于钠离子电池的硫化锡量子点/氟化石墨烯复合电极

说明书

本发明公开了一种用于钠离子电池的硫化锡量子点/氟化石墨烯复合电极。采用本负极材料的钠离子电池具有高容量和长循环寿命。复合电极由硫化锡量子点和多层层状结构的氟化石墨烯组成，所述的硫化锡量子点均匀分散夹于多层层状结构的氟化石墨烯之间。本发明还公开其制备方法，如下：将氟化石墨分散于有机溶剂中，经超声波处理得到单层氟化石墨烯分散液；将含锡的盐溶解于有机溶剂中，经充分搅拌溶解后加入到单层氟化石墨烯分散液中得到混合溶液；将硫化物溶解于有机溶剂中，经充分搅拌溶解后，加入到步骤2所述的混合溶液中，经溶剂热反应之后，再处理得到硫化锡量子点/氟化石墨烯复合电极材料。本发明的复合负极材料，耗能低，成本小，周期短，有利于规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种用于钠离子电池的硫化锡量子点/氟化石墨烯复合电极。

背景技术

随着社会、经济的发展，能源消耗日益加重，传统化石能源不断减少，人类对传统化石能源的消费的同时，造成环境污染严重，在此大环境下，清洁、可再生、价格低廉的新型能源成为各国政府开发的对像，目前风能、太阳能及海洋能在能源消耗中的比重在不断增加，但这些可再生能源受天气及时间段的影响较大，具有明显的不稳定、不连续和不可控特性，需要开发和建设配套的电能储存(储能)装置即电池来保证发电、供电的连续性和稳定性，且大规模的电池储能在电力工业中用于电力的“削峰填谷”，将会大幅度改善电力的供需矛盾，提高发电设备的利用率。大型储能电池对电极材料的要求有一定的能量密度、寿命、安全性有较高要求外，对成本也提出了更高的要求。铅酸电池虽然成本低，但其原料主要为铅和硫酸，存在易污染环境、使用寿命令短、存在记忆效应，电池重量大也存在运输成本高等诸多问题；锂离子电池虽然具有能量密度大、使用寿命长以及无记忆效应等优点，但锂原料储量有限，锂离子电池成本高，安全性能不佳，从长远来看，不能满足大规模储能的要求。与锂离子电池相比，钠离子电池资源丰富，安全性能好，且具有成本低、对环境友好等优点，非常适合大规模储能应用。

在锂离子电池中，一般使用石墨材料，如天然石墨和人造石墨作为负极材料。但是，钠离子由于大的尺寸，一般很难嵌入到石墨的片层中。不同于碳基材料的嵌入/脱嵌机理，某些金属如锑、锡等由于可以和钠进行合金/去合金反应，具有较高的容量，但同时该过程中体积变化较大，导致容量衰减过快。抑制容量快速衰减的方法之一是同碳材料复合，从而缓冲体积变化，常见的碳材料有石墨、纳米碳管、石墨烯、碳纤维等。另一方面，不同于碳材料，基于合金/去合金机理的金属表面很难形成稳定的表面SEI膜，往往需在电解液中加入成膜剂，以构建稳定SEI膜来提高循环寿命。

发明内容

基于以上不足之处，本发明公开一种用于钠离子电池的硫化锡量子点/氟化石墨烯复合电极，具有高的容量和长的循环寿命。

本发明所采用的技术如下：一种用于钠离子电池的硫化锡量子点/氟化石墨烯复合电极，由硫化锡量子点和多层层状结构的氟化石墨烯组成，所述的硫化锡量子点均匀分散夹于多层层状结构的氟化石墨烯之间。

本发明还具有如下技术特征：

1、其配方按重量百分比如下：硫化锡量子点80％～95％，氟化石墨烯5％～20％。该重量比可实现容量、电导率、循环寿命的优化平衡。

2、如上所述的氟化石墨烯直径为0.2～20μm。

3、如上所述的硫化锡量子点直径为2～6nm，相邻的硫化锡量子点之间的间距大于或等于其直径。有利于钠离子的快速扩散，及硫化锡的反应活性和电极结构的稳定性。

本发明还提供一种用于钠离子电池的硫化锡量子点/氟化石墨烯复合电极的制备方法，如下：

步骤1、将氟化石墨分散于有机溶剂中，经超声波处理得到单层氟化石墨烯分散液；

步骤2、将含锡的盐溶解于有机溶剂中，经充分搅拌溶解后加入到单层氟化石墨烯分散液中得到混合溶液；