[发明专利]一种类蜂巢状硫掺杂碳材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种类蜂巢状硫掺杂碳材料的制备方法和应用，属于钠离子电池技术领域，包括：(1)配制PVP溶液；(2)向PVP溶液中加入Fe(NO₃)₃·9H₂O，搅拌至完全溶解，然后加入设定比例的硫粉，超声分散，得到均匀的溶液；(3)冷冻干燥处理；(4)将冷冻干燥的产物置于惰性气氛保护下，于500～1000℃煅烧1～5h；(5)将煅烧产物进行酸处理，然后经洗涤、干燥，得到所述类蜂巢状硫掺杂碳材料。本发明合成类蜂巢状硫掺杂碳材料的工艺设备简单，降低合成特殊形貌的材料成本，以水作为反应溶剂，可行性强，可用于大规模生产。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种类蜂巢状硫掺杂碳材料的制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，化石能源日渐枯竭，全球能源危机日益严重。此外，过度使用化石燃料还带来了一系列环境问题，如温室效应、空气污染和酸雨等。为了解决上述问题，科研工作者们提出了一系列新能源，它们具有清洁和可再生的优点，却无法满足连续供电设备的要求。二次电池作为能源储存和转化的装置，因其绿色环保和可持续供电受到广泛关注。

锂离子电池是目前被广泛应用于各类电子设备的一种二次电池，具有能量密度大、自放电率低和循环寿命长等优点。但是，贫乏的锂矿资源制约了锂离子电池的发展和在大规模储能设备中的应用。钠作为锂的同族元素，与锂有相似的化学性质，且钠储量丰富，使得钠离子电池逐渐发展成为新兴的储能器件，被认为是锂离子电池的理想替代材料。

由于钠离子的半径大于锂离子，石墨作为商业化的锂离子电池负极表现出的储钠容量并不高。无定形碳材料凭借良好的储钠容量和循环性能被认为是最具有应用前景的钠离子电池负极材料，但仍无法达到用电设备的要求。为了满足钠离子电池储能发展的需求，亟待开发一种电化学性能优异、制备方法简单和成本低廉的钠离子电池负极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种类蜂巢状硫掺杂碳材料的制备方法和应用，采用该方法制备的硫掺杂碳材料具有丰富的多孔结构和三维导电网络，作为钠离子电池负极材料表现出优异的电化学性能。

本发明提供的这种类蜂巢状硫掺杂碳材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制PVP溶液；

(2)向步骤(1)所得PVP溶液中加入Fe(NO₃)₃·9H₂O，搅拌至完全溶解，然后加入设定比例的硫粉，超声分散，得到均匀的溶液；

(3)将步骤(2)所得均匀的溶液转移至冻干机中，进行冷冻干燥处理；

(4)将冷冻干燥的产物置于惰性气氛保护下，于500～1000℃煅烧1～5h；

(5)将煅烧产物进行酸处理，然后经洗涤、干燥，得到所述类蜂巢状硫掺杂碳材料。

在本发明中，反应过程采用的溶剂为去离子水。

优选的，所述PVP、Fe(NO₃)₃·9H₂O、硫粉的质量比为1：0.5～3.0：0.05～0.5。

优选的，步骤(1)中，PVP溶液的质量浓度为1～5％。

优选的，步骤(2)中，超声功率为40％～70％，超声时间为0.5～1.5h。

优选的，步骤(3)中，所述冷冻干燥时间为24～30h。

优选的，步骤(4)中，所述惰性气氛为氮气或者氩气，升温速率为2～10℃/min。