[发明专利]一种ZnS/SnS/三硫化二锑@C空心纳米立方体结构复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池技术领域，公开了一种ZnS/SnS/三硫化二锑@C空心纳米立方体结构复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料是先将水、四氯化锡、柠檬酸钠、氯化锌、氢氧化钠混合，经水洗干燥制得H‑ZHS；将H‑ZHS超声分散于水溶液中，加入氢氧化钠或氢氧化钾进行刻蚀，加入多巴胺搅拌，经水洗干燥，所得H‑ZHS@PDA；将H‑ZHS@PDA与硫脲，在氢气氛围中在300～350℃进行硫化，冷却至室温，再将所得H‑SnS₂/ZnS@PDA、三氯化锑和无水乙醇混合在90～120℃水热反应，经水洗干燥，将所得H‑ZnS/SnS₂/Sb₂S₃@PDA在氩气氛围中，在500～530℃碳化，冷却至室温制得。

技术领域

本发明属于钠离子电池和锂离子电池电极材料技术领域，更具体地，涉及一种ZnS/SnS/三硫化二锑(Sb₂S₃)@C空心纳米立方体结构复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，可再充电锂离子电池和钠离子电池由于其重量轻、便携和高能量密度等优点，目前已成为各种便携式电子设备的主要电源和研究热门。但传统商用石墨阳极的比容量有限(LIBs的比容量为372mAh g-1)，无法满足广泛的高能需求应用；SnS，ZnS，Sb₂S₃都具有高容量，以其做负极材料的电池理论上应具有良好的倍率性能和长循环寿命，但由于金属硫化物作为活性物在充放电过程中的有害体积膨胀导致电极崩解并逐渐丧失与集电器的电接触。三种活性物在充放电过程中体积膨胀导致电极粉化，导致导电性差，容量衰减快，阻碍了其实际应用。目前，为了有效提高金属硫化物的导电性，将金属硫化物和具有良好导电性的碳材料复合制备复合材料是提高其电化学性能的另一种有效途径。通过原子掺杂协同效应、纳米结构改良来缓解金属硫化物在充放电过程中的体积膨胀并不乏讨论。迄今为止，综合以上策略采用一种简单易行的方法制备硫化亚锡和碳复合材料并探讨其电化学性能具有极大的意义。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供了一种ZnS/SnS/Sb₂S₃@C空心纳米立方体结构复合材料，该复合材料具有优越的倍率性能和高容量。

本发明另一目的在于提供了上述ZnS/SnS/Sb₂S₃@C空心纳米立方体结构复合材料的制备方法。

本发明再一目的在于提供了上述ZnS/SnS/Sb₂S₃@C空心纳米立方体结构复合材料的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种ZnS/SnS/Sb₂S₃@C空心纳米立方体结构复合材料，所述复合材料是先将水、四氯化锡、柠檬酸钠、氯化锌、氢氧化钠混合，经水洗、干燥制得羟基锡酸锌粉末，简写为H-ZHS；将H-ZHS超声分散于水溶液中，加入碱进行刻蚀获得空心结构，加入多巴胺搅拌，经水洗干燥，所得H-ZnSn(OH)₆@PDA，简写为H-ZHS@PDA；将H-ZHS@PDA与硫脲，在氢气氛围中升温至300～350℃进行硫化，冷却至室温，再将所得H-SnS₂/ZnS@PDA、三氯化锑和无水乙醇混合在90～120℃进行水热反应，经水洗干燥，然后将所得H-ZnS/SnS₂/Sb₂S₃@PDA在保护气氛中，升温至500～530℃进行碳化，冷却至室温制得。

优选地，所述水、四氯化锡、柠檬酸钠、氯化锌、氢氧化钠的摩尔比为8：1：1：1：(2～5)。

优选地，所述H-ZHS的粒径为400～500nm；所述H-ZHS@PDA的粒径为450～550nm；所述H-ZnS-SnS₂@PDA的粒径为500～600nm。