[发明专利]一种卤素离子协助的硫化铜微米花材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种卤素离子协助的硫化铜微米花材料及其制备方法和应用，将铜源与硫脲溶解于二次蒸馏水和无水乙醇的混合溶液中，混合均匀后，加入卤化钠，待卤化钠完全溶解后，转移至高压反应釜中进行水热反应，反应结束后自然冷却，经离心、洗涤、干燥即可。本发明用卤素离子来增大硫化铜的层间距，同时利用配位效应来调节硫化铜的结构，增大比表面积及活性边缘。以其作为锂/钠离子电池负极材料，不仅具有很大的比表面积，有利于电解液对电极材料的浸润，使锂/钠离子更多的在活性物质上脱嵌，提高锂/钠离子电池的容量；而且该材料具有较大的层间距，保证锂/钠离子在充放电过程中快速移动，提高锂/钠离子电池的循环稳定性。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种卤素离子协助的硫化铜微米花材料及其制备方法和应用。

背景技术

过去数十年里，随着时代进步、经济发展，人们对于能源的需求也与日俱增，化石燃料等传统能源(如石油、煤炭和天然气)的持续燃烧成为全球变暖问题的焦点。为了缓解温室气体的激增，世界各国都在争取利用可再生资源，如太阳能、风能、水力发电和地热能，尽管理论上可以提供源源不断的能源，且不需要以牺牲环境为代价。然而，这些间歇性能源在很大程度上依赖于事宜的自然条件(如阳光、雨水、风力和地理位置)；因此，需要新颖的技术来储存耗能低峰时的多余能量，在能耗高峰时期释放缓解能源短缺问题。

在广泛的能源需求和生态问题之间取得平衡，投资于清洁电化学能源，特别是锂离子电池(LIBs)和超级电容器(SCs)是开创绿色能源未来所必需的。这两种储能设备都有望在我们的日常生活中发挥重要作用，特别是锂离子电池具有电压高、重量轻、储能密度大，目前常用的锂电池密度可达到450-620Wh/kg，是铅酸蓄电池的5-7倍；使用时间寿命很长，正常的使用次数在1000次以上；自放电低，且无记忆效应；绿色环保，不含有铅、汞、镉等有毒有害物质。综合以上优点LIBs成为便携式消费电子设备的主要动力源(例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和摄录机)同样也应用于混合电动/混合动力电动汽车 (HEV/PHEV)。然而，混合动力电动汽车(HEV)、混合动力电动汽车(PHEV) 和纯电动汽车(PEV)中的锂离子电池的使用需要与目前的锂电池技术相比，所需能量密度是目前锂电池技术所能提供的能量密度(150Wh/kg)的二至五倍。所以增加锂电池的能量密度可以通过开发高容量的阳极和阴极电极材料来提供解决方案。

与锂相比，钠资源无处不在，钠是地壳中最丰富的元素之一。材料的丰富程度是一个简单而明确的理由，钠离子作为可充电电池的充电载体具有极大吸引力。在海洋中也发现了无限的钠资源。除此之外，钠是仅次于锂的第二轻和最小的碱金属，也同样具有较高的理论容量，优异的可持续性循环性能，低廉的原料价格等优势。通过研究调查发现Li(3.04V)和Na(2.71V)的标准电化学电位相差甚小，选择合适电解液完全可以克服过电位低的问题。钠离子电池 (SIBs)近年来作为供电系统中规模庞大的储能潜在技术引起了极大的关注。由于理论上钠电容量高、能量密度大，一度被认为是锂离子电池(LIBs)大型电力储能应用的替代品。

影响电池性能的一大因素则为电极材料，其中负极材料的研发成为近年来研究的热点，过渡金属硫化物独特的结构和电化学性能使其成为负极材料的首要选择，而过渡金属硫化物的循环稳定性差也同样存在，而如何解决过渡金属硫化物作为锂/钠离子电池负极材料的稳定性问题面临着不小的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卤素离子协助的硫化铜微米花材料及其制备方法和应用。在制备卤素离子协助的硫化铜微米花材料的过程中用卤素离子来增大硫化铜的层间距，同时利用配位效应来调节硫化铜的结构，增大比表面积及活性边缘。所述硫化铜微米花材料作为锂/钠离子电池负极材料，不仅具有很大的比表面积，有利于电解液对电极材料的浸润，使锂/钠离子更多的在活性物质上脱嵌，提高锂/钠离子电池的容量；而且该材料具有较大的层间距，保证锂/钠离子在充放电过程中快速移动，提高锂/钠离子电池的循环稳定性。

本发明采取的技术方案为：