[发明专利]一种锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合电极材料及其制备方法和应用，属于二硫化钨纳米材料制备领域。本发明提供了一种简单可控制备锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合电极材料的方法：利用溶剂热和常温液相还原工艺，在模板剂的辅助作用下，在二硫化钨/还原氧化石墨烯复合材料的二硫化钨纳米片上还原生长锡纳米颗粒，利用锡单质有效增强最终所得锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合电极材料的导电性，从而提升材料电化学性能。本发明所制备的锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合电极材料分散性好，尺寸均匀，形貌均一，在200mA·g^‑1的电流密度下循环200圈后，其容量保持率为92％，因此能够应用于电池负极材料。

技术领域

本发明属于二硫化钨纳米材料制备领域，涉及一种锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于钠离子电池存在较高的能量密度、较大的循环寿命、绿色清洁等特性，其为目前能源领域最为主要的储能设备中的一种。近十年间，科学家对于钠离子电池性能提升以及改善的研究不断地发展，通过不断的实验调整改良使得钠离子电池的性能越来越优异。过渡金属硫化物凭借着其较高的理论容量以及其优异的循环特性和倍率性能逐步成为电化学研究领域中关注的重心。相对比较传统的嵌入型钠离子电池活性材料通常以块体的形式存在，但是块体是由纳米层状结构堆叠起来的，二硫化钨(WS2)作为一种过渡金属硫族化物，资源充足，理论容量较高，电极电位高，是具有类石墨烯结构的层状化合物，这种独特的层状结构和其较大的层间距(6.12nm)利于充放电过程中钠离子的脱嵌。然而二硫化钨在充放电过程中会发生较大形变，循环性能不够理想。作为半导体材料，具有导电性不好的缺点，导致其电子传输较慢，倍率性能较差。

据文献报道，以碳材料作为基体，有利于电子的传输，可有效的提高复合材料电化学稳定性。例如Jing Ren等人将二硫化钨与三维单壁碳纳米管复合材料作为锂离子电池负极材料(Ren J,Wang Z,Yang F,et al.Freestanding 3D single-wall carbonnanotubes/WS₂,nanosheets foams as ultra-long-life anodes for rechargeablelithium ion batteries[J].Electrochimica Acta,2018.)，大幅提升了材料的循环稳定性，其在1A/g的电流密度下循环1000圈，容量稳定在688.9mAh/g。但是，二硫化钨本身导电性差的问题，导致其倍率性能较差。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合电极材料及其制备方法和应用。本发明通过简单的制备方法，制得了锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合电极材料。本发明所制备的锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合电极材料具有较好的容量保持率，在电池负极应用上具有较大的潜能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将还原氧化石墨烯、六氯化钨和硫代乙酰胺均匀分散于水中，得到反应液；将反应液经水热反应后冷却，得到产物，将产物离心洗涤后经冷冻干燥收集粉体，得到二硫化钨/还原氧化石墨烯复合材料；

2)向水中加入聚乙烯吡咯烷酮、二水合氯化亚锡、二硫化钨/还原氧化石墨烯复合材料和硼氢化钠并均匀分散，得到前驱液；前驱液离心洗涤后经冷冻干燥收集粉体，得到锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合材料；

3)将锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合材料经煅烧退火处理，得到锡单质复合二硫化钨/还原氧化石墨烯复合电极材料。

优选地，步骤1)中，还原氧化石墨烯、水、六氯化钨和硫代乙酰胺的反应投料比为(30～60)mg:(30～60)mL:(0.295～0.59)g:(0.5625～1.125)g。