[发明专利]一种纳米花状二氧化钛@三硫化二铋电极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米花状二氧化钛@三硫化二铋电极材料的制备方法：(1)取氯化铋溶于乙二醇溶液中，超声搅拌至溶解，随后取水溶性硫化物加入到氯化铋的乙二醇溶液中，然后将制得的溶液转移至水热反应釜中，于60‑200℃下在恒温箱中反应1‑15小时，冷却，过滤分离，去离子水洗涤，再无水乙醇洗涤，干燥，即制得三硫化二铋纳米花；(2)将上述制备好的三硫化二铋粉末分散到去离子水中，然后将上述溶液转移至三口烧瓶中，加入钛酸四丁酯后于60‑90℃下油浴反应1‑24小时，冷却，离心分离，用去离子水洗涤，干燥，即得纳米花状二氧化钛@三硫化二铋电极材料。本发明还提供了该纳米花状二氧化钛@三硫化二铋电极材料作为钠离子电池负极材料的应用。

技术领域

本发明属于钠离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种纳米花状二氧化钛@三硫化二铋电极材料的制备方法和在钠离子电池负极材料中的应用。

背景技术

锂离子电池具有应用灵活、使用寿命长等优点，但Li资源短缺极大限制了锂离子电池的长远开发和应用。钠离子电池与锂离子电池相比，具有相似的储能机理，但钠在地壳中的相对丰度远大于锂(2.75％vs0.0065％)。因此钠离子电池作为锂离子电池的最佳替代者，引起了全世界科研人员的关注。

当下，研究较多的钠离子电池负极材料主要有硬碳材料、合金材料、非金属单质以及金属化合物。其中基于多电子转化机制反应的金属化合物类材料因其较高的理论比容量而备受关注。

与传统的嵌入型负极材料和合金型负极材料相比，过渡金属硫化物具有高导电性、良好的热稳定性、储量丰富、理论容量高等优点。因而被认为是具有应用潜力的储能装置电极材料，尤其是在钠离子电池电极材料领域的应用。在过渡金属硫化物中，三硫化二锑(Sb₂S₃)具有正交晶系的晶体结构和高达954mAh/g的理论比容量，在TMDs中脱颖而出，且其Na⁺脱嵌过程涉及到转化和合金化反应的两种机制。然而，基于Sb₂S₃的负极材料存在一些缺点，其固有的低电导率容易导致较大的阻抗和较差的倍率性能；同时，转化和进一步合金化反应过程中引起的巨大体积膨胀会不可避免地产生较大的机械内应力，从而致使纳米颗粒粉碎和聚集，金属Sb₀和Na₂S之间的活性反应界面大大降低，导致电化学反应的可逆性较差，长期循环的容量保持率低下。与此同时，作为一种负极材料，在充放电过程中钠离子的嵌入脱出，会导致材料的体积变化，导致其比容量降低(100～200mAhg^-1)，循环稳定性差(0.1Ag^-1的电流密度下循环100圈比电容保持率不到60％)。此外，纳米材料特殊的微观形貌能能够发挥缩短电解液离子扩散路径、提高赝电容效应、增强电极反应动力学过程等功效，因此开发简单的方法制备具有特殊结构、导电性好，在充放电过程中体积变化小，放电比容量好，循环性能优异的过渡金属硫化物钠离子电池负极复合材料成为钠离子电池负极材料领域研究的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米花状二氧化钛@三硫化二铋电极材料的制备方法。

为达成上述目的，本发明采用两步法制备核壳结构硫化铋@氧化铋复合物微球，即(S1)制备纳米花状硫化铋；(S2)制备纳米花状二氧化钛包覆三硫化二铋电极材料。

本法发明制备纳米花状二氧化钛@三硫化二铋电极材料的步骤如下：

S1、取氯化铋溶于乙二醇溶液中，超声搅拌至溶解，随后取水溶性硫化物加入到氯化铋的乙二醇溶液中，然后将制得的溶液转移至水热反应釜中，于60-200℃下在恒温箱中反应1-15小时，冷却，过滤分离，去离子水洗涤，再无水乙醇洗涤，干燥，即制得三硫化二铋纳米花；

S2、将上述制备好的三硫化二铋粉末分散到去离子水中，然后将上述溶液转移至三口烧瓶中，加入钛酸四丁酯后于60-90℃下油浴反应1-24小时，冷却，离心分离，用去离子水洗涤，干燥，即得纳米花状二氧化钛@三硫化二铋电极材料。