[发明专利]一种石墨烯基硫化锑负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯基硫化锑负极材料及其制备方法和应用，制备方法包括：(1)将锑源加入去离子水中，搅拌均匀后，加入乙二醇并搅拌，得到第一溶液；(2)将硼氢化钠加入到步骤(1)得到的第一溶液中并搅拌均匀，再加入聚乙烯吡咯烷酮并充分溶解，得到第二溶液；(3)将步骤(2)得到的第二溶液加入到含有硫粉的水热釜内衬中进行水热反应，反应完成后固液分离，洗涤、干燥，得到Sb₂S₃；(4)将Sb₂S₃与GO用水热法复合，接着冻干，得到所述的石墨烯基硫化锑负极材料。与现有技术相比，本发明具有工艺简单，条件温和，成本低廉等优点，作为锂离子电池负极显示了优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种负极材料，尤其是涉及一种石墨烯基硫化锑负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着汽车行业的发展和进步，人类的持续发展问题面临着巨大挑战。不可再生的燃料的燃烧会释放出各种废气，导致各种问题的出现。因此，寻求可再生和可持续资源储能设备显得尤为重要。其中可充放电池经济、环保、功率大、寿命长，相比于不可再生能源，可充放电池实现了能源的持续利用。尤其是锂离子电池和钠离子电池由于能量密度高，没有记忆效应，维护费用低、自放电低自放电效应小等优势，是目前最有发展前途的电化学储能电池技术之一。而成为了最重要的可充放电池之一。

锂离子电池(LIBs)以其优异的储能性能，在近几十年的电子电气工业中发挥了非常重要的作用。但尽管如此，地球上的锂金属是有限的，锂离子电池价格昂贵，生产要求很高。同时，钠离子电池由于其无过放电特性、生产成本低和钠储备丰富等优点更进入人们的视野。钠离子电池负极材料均是一些地球储量少的过渡态金属基无机材料(如钴、镍、锰等)，这类材料负极材料原料贵、导电性差、容量低是锂离子电池发展的主要瓶颈之一。与之相反，硫或硒在硫族化合物中可以合金形成硫族化合物锂，从而提高负极的充电能力，SnS₂、SnSe₂、Sb₂S₃及其碳复合材料作为负极材料，因此，这些电极是锂/硫电池和元素(无论是锡或锑)的组合，也有助于锂合金在较低的电位充电能力。然而，新兴的高容量硫化物电极的循环稳定性仍然是一个问题，锂化过程伴随着大量的体积变化，导致薄膜开裂，电完整性恶化，容量逐渐衰减，寿命缩短。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有制备工艺简单，条件温和，成本低廉等优点，并且具有高的可逆容量，非常好的循环稳定性和倍率性能，在锂离子电池领域具有广泛的应用前景的石墨烯基硫化锑负极材料及其制备方法和应用。

石墨烯作为一种优越的二维导电材料，作为衬底负载金属氧化物可以有效提高电子传递，防止聚合，也可以进一步构筑三维(3D)多孔结构，促进电子和离子扩散在整个电极。石墨烯与活性负极材料进行复合，通过协同作用将有效提高电极材料的电化学性能。另一方面，利用二维石墨烯进行三维组装后得到复合材料，可以极大提高复合材料与电解液的接触，有利于进一步提高材料的电化学性能。

利用金属硫化物和石墨烯进行三维组装方法的建立也将为构筑其它高性能的三维石墨烯为基础的新型复合材料开辟新的设计思路，对于高性能钠离子电池电极开发和实际应用拓展具有深远的意义。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明一方面提供一种石墨烯基硫化锑负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锑源加入去离子水中，搅拌均匀后，加入乙二醇并搅拌，得到第一溶液；

(2)将硼氢化钠加入到步骤(1)得到的第一溶液中并搅拌均匀，再加入聚乙烯吡咯烷酮并充分溶解，得到第二溶液；

(3)将步骤(2)得到的第二溶液加入到含有硫粉的水热釜内衬中进行水热反应，反应完成后固液分离，洗涤、干燥，得到Sb₂S₃；