[发明专利]一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钠离子电池负极材料的制备方法和应用，包括WS₂/MoS₂‑G的合成、WS₂/MoS₂‑G@C的合成和在钠离子电池中的应用。WS₂/MoS₂‑G通过水热合成使得生成WS₂、MoS₂与杂原子掺杂的石墨烯均匀交联复合在一起，硫化物的存在减轻了石墨烯的再压缩，保留了石墨烯良好的比表面积和导电性；柔性石墨烯可以减缓体积膨胀，抑制硫化物聚集，引入纳米尺寸，增加电化学活性，增加Na⁺的吸附，获得更多的离子存储位点。WS₂/MoS₂‑G@C最终产品兼具了硫化物和石墨烯的众多优点，且碳前驱粉体经碳化生成有着良好的层间距的无定形碳，整个复合材料微观结构几乎都为层状，弱的范德华力结合，可容纳较大的Na⁺来回脱嵌，具有良好充放电性能。

技术领域：

本发明属于钠离子电池负极材料领域，特别涉及高可逆容量、优异的倍率性能和长循环寿命的钠离子电池WS₂/MoS₂-G@C负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

随着社会的高速发展，人们对于能源的需求也在日趋增加。出色的能量存储系统对于这类新能源潜力的开发有着至关重要的作用。目前，锂离子电池已经被广泛应用于手机、笔记本电脑等便携式电子市场。此外，锂离子电池在电动汽车、智能电网和可再生电站等大型储能系统领域中也有着广泛的应用前景。随着锂离子电池的兴起和迅速发展，人们对于锂资源的需求也在日趋升高。然而，地球中锂资源的存储量并不丰富，进而导致金属锂的价格急剧升高。此外，锂离子电池较低的倍率性能和大电流下热稳定性较差的缺点也为其在电动汽车、智能电网等大型储能领域上的发展增加了阻碍。因此，迫切研发一款兼具低成本、高安全性、环保且可持续发展的储能电池。其中，钠离子电池因为兼具成本低廉(资源储量丰富)、绿色环保以及有着与锂离子电池相似的电化学原理(钠元素与锂元素同处第一主族)而受到了广大科研工作者的关注。

早期的钠离子电池采用金属钠作为负极材料，虽然容量较高，但金属钠在充电过程中有形成枝晶的风险，而且金属钠低熔点的特性使得钠离子电池的安全性无法得到保证。此外，由于钠离子半径较锂离子半径大的多，原先锂离子电池的负极材料不再适用于钠离子电池。金属硫化物不仅具备出色的性能(如电导率、热力学稳定性和机械稳定性等)，而且原材料价格低廉，成为近年来备受关注的钠离子电池负极材料之一。

作为典型的过渡金属硫化物，二硫化钨(WS₂)具有优异的物理化学性质，如高的活性面积、良好的层内导电性和高的化学稳定性等特点。WS₂是一种层状结构的半导体化合物，其层内是由S-W-S共价键连结形成的三原子层结构，层与层之间则由范德华力相互连接堆叠。二硫化钼(MoS₂)是一种典型的可充电电池的负极材料，由六种硫原子配位的钼原子层组成，层间间距为约几乎是石墨的两倍。由于其层流性质，MoS₂层是由弱的范德华力结合的，所以本来就可以容纳较大的金属阳离子。

碳材料被认为是高功率长寿命钠离子电池最有前景的负极材料之一，具有优秀的结构稳定性、极好的导电性、成本低、无毒等优势，但其比容量性能较低。石墨烯可以达到很高的比容量，但也有许多缺陷限制了其在钠离子电池中的应用，例如其初始库伦效率比较低，缺乏电压平台等等。因此，将石墨、石墨烯和硫化物复合能够制备优良的负极材料。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高可逆容量、优异的倍率性能和长循环寿命的钠离子电池WS₂/MoS₂-G@C负极材料，并提供其制备方法和应用。

本发明由如下技术方案实施：一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括：步骤1.WS₂/MoS₂-G的合成；步骤2.WS₂/MoS₂-G@C的合成；