[发明专利]一种硫化锑基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硫化锑基复合材料及其制备方法和应用，所述硫化锑基复合材料由天然辉锑矿和碳材料制备得到，具体地，将天然辉锑矿溶解后所得溶液与含碳材料的悬浮液混合后进行水热处理、煅烧处理，得到所述硫化锑基复合材料。本发明所提供的硫化锑基复合材料以天然辉锑矿为原料，避免了制备高纯硫化锑过程中的环境污染问题及高成本问题，且工艺流程简单高效、大大降低了制备成本，稳定可靠，所得硫化锑基复合材料应用范围广泛，作为锂离子或钠离子电池负极材料，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电池电极材料制备领域，具体涉及一种硫化锑基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近些年来，锂离子电池的大规模应用于智能手机、笔记本电脑等电子产品，但锂资源的短缺和分布不均匀限制了其在大规模储能等领域的发展。而在元素周期表中，钠紧挨着锂元素，且其标准电极电势与锂相接近。此外，钠是地壳中储量最丰富的元素之一，相较于储量低，提取困难的锂资源，钠容易得到，成本低廉，因此，可充电的钠离子电池是替代锂离子电池的最佳选择之一。

由于钠离子具有比锂离子大55％的离子半径，导致钠离子无法在具有良好嵌锂性能的石墨材料层间距有效嵌入和脱出。因此，高性能、低成本负极材料的开发与应用对钠离子电池的商业化具有重要的作用。研究表明，锑基材料作为钠离子电池负极材料具有较高的理论比容量及适宜的储钠电势，是一种非常有前景的钠离子电池负极材料之一。例如，硫化锑作为钠离子电池负极材料具有较高的理论比容量(946mAh/g)。

但是，在钠离子脱嵌过程中，硫化锑颗粒伴随严重的体积变化，材料粉化脱落，破坏电极结构，进一步致使电池容量迅速衰减。同时，在大颗粒硫化锑中，钠离子扩散动力学受限，材料的导电性不佳，导致无法达到实用的效果。大颗粒小的比较面积与电解液的接触面积有限，导致其容量不足以完全发挥。另外，现有制备方法还存在成本高、制备流程长的缺点。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，研究出一种硫化锑基复合材料及其制备方法和应用，该硫化锑基复合材料通过将天然辉锑矿溶解后所得溶液与含碳材料的悬浮液混合后进行水热处理，并煅烧后得到，所得硫化锑基复合材料可用作锂离子或钠离子电池负极材料，能够克服现有负极材料导电性差、嵌锂体积变化严重的缺陷，且制备方法工艺流程简单、制备成本低，所得复合材料作为负极材料具有优异的电化学性能，适合产业化推广应用，从而完成本发明。

本发明的目的一方面在于提供一种硫化锑基复合材料，所述复合材料由天然辉锑矿与碳材料制备得到。

所述复合材料由包括以下步骤的方法制备：将天然辉锑矿溶解后的溶液与含碳材料的悬浮液进行处理，得到所述复合材料。

本发明第二方面提供一种硫化锑基复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、对天然辉锑矿进行处理，获得产物A；

步骤2、将所述产物A与含碳材料的悬浮液混合，获得混合液；

步骤3、将混合液与溶剂混合，进行水热处理，获得前驱体；

步骤4、将所述前驱体进行煅烧处理，获得硫化锑基复合材料。

步骤1包括：

步骤1.1、将天然辉锑矿加入到介质中，获得混合物；

步骤1.2、对所述混合物进行离心处理，获得产物A，

所述介质为硫化盐的水溶液，所述硫化盐优选选自硫化钠、硫化钾和硫化铵中的一种或几种，

所述硫化盐的水溶液的浓度为0.001～5mol/L。

步骤2中，含碳材料的悬浮液中，碳材料的质量浓度为0.1～30mg/ml，优选为1～10mg/ml，