一種鈉離子電池負(fù)極材料二硫化鉍鈉納米顆粒及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈉離子電池負(fù)極材料二硫化鉍鈉納米顆粒及制備方法，通過溶劑熱法處理二硫化碳、硝酸鉍和氫氧化鈉制得直徑為100-150nm的二硫化鉍鈉納米顆粒，其化學(xué)式為：NaBiS2。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，產(chǎn)率高；合成條件溫和，成本低；所制備的電極材料比容量高。
【專利說明】一種鈉離子電池負(fù)極材料二硫化鉍鈉納米顆粒及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池負(fù)極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種鈉離子電池負(fù)極材料二硫化鉍鈉納米顆粒及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈉離子電池因鈉資源豐富、分布廣和成本低，鈉離子電池較低的工作電壓會(huì)增強(qiáng)無(wú)水電池中電解液的穩(wěn)定性和安全性，引起人們的廣范關(guān)注。由于商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料石墨不能可逆脫嵌鈉離子，不適合作為鈉離子電池的負(fù)極材料。因此，尋找合適的鈉離子電池負(fù)極材料成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。
[0003]鈉離子電池因?yàn)殁c離子較大的半徑，通常導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)過程中鈉離子擴(kuò)散速度慢，難插入和脫嵌于負(fù)極材料，插層后晶體結(jié)構(gòu)重排，故鈉離子電池材料存在容量低、循環(huán)穩(wěn)定性差，不能進(jìn)行大倍率充放電，穩(wěn)定循環(huán)的放電比容量為200 mAhg-1左右。這一類電池材料主要有Na2Ti3O7 [P.Senguttuvan, G.Rousse, V.Seznec, J.M.Tarascon, M.R.Palacin, Chem.Mater.23 (2011) 4109.],碳材料:如還原型石墨烯[Y.X.Wang, S.L.Chou, H.K.Liu, S.X.Dou, Carbon, 202 (2013) 57.]和 Na3Ti2 (PO4)3 [P.Senguttuvan,G.Rousse, Μ.E.Arroyo y de Dompablo, H.Vezin, J.M.Tarascon, M.R.Palacin,J.Am.Chem.Soc.135 (2013) 3897.]等等。過渡金屬氧化物作為鈉離子負(fù)極材料，顯著的提高負(fù)極材料的放電比容量，SnO2納米八面體在20 mAhg—1的電流密度下放電，放電比容量達(dá)到 420 mAhg-1 [D.Su , C.Wang , G.Wang, Phys.Chem.Chem.Phys.15 (2013)12543-50.]。到目前為止，金屬銻Sb作為負(fù)極，展現(xiàn)很好的循環(huán)穩(wěn)定性和較高的放電比容量，穩(wěn)定循環(huán)160次的放電比容量達(dá)到600 mAhg'庫(kù)倫效率達(dá)到99%[A.Darwiche, C.Marino, Μ.T.Sougrati, B.Fraisse, L.Stieva, L.Monconduit, J.Am.Chem.Soc.134 (2012) 20805.]。但銻元素有毒，限制了其應(yīng)用。因此，尋找新型環(huán)保、高容量和循環(huán)穩(wěn)定的鈉離子電池負(fù)極材料勢(shì)在必行。盡管二硫化鉍鈉具有廉價(jià)、環(huán)保和無(wú)毒的優(yōu)點(diǎn)。但是有關(guān)二硫化鉍鈉的合成和應(yīng)用報(bào)`道極少，未見其在電池電極材料方面的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種鈉離子電池負(fù)極材料二硫化鉍鈉納米顆粒及制備方法,工藝簡(jiǎn)單,重復(fù)性好,產(chǎn)率高；合成條件溫和,成本低；所制備的電極材料比容量高。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
通過溶劑熱法處理二硫化碳、硝酸鉍和氫氧化鈉制得直徑為100-150nm的二硫化鉍鈉納米顆粒，其化學(xué)式為:NaBiS2。
[0006]制備方法包括以下步驟:
(1)將氫氧化鈉溶于二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中；
(2)磁力攪拌下，將硝酸鉍加入到步驟(1)的混合溶液中，繼續(xù)攪拌2小時(shí)；
(3)將步驟(2)的溶液移入反應(yīng)釜中，密封，在120-200°C下反應(yīng)2-200h，過濾，用大量去離子水和無(wú)水乙醇洗滌后，60 °C干燥12 h，得到NaBiS2納米顆粒。
[0007] 二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中二硫化碳和無(wú)水乙醇的體積比為1:30-1:15o
[0008]氫氧化鈉和硝酸鉍的摩爾比為10:1-5:1。
[0009]NaBiS2納米顆粒作為鈉離子電池的負(fù)極材料的活性組分，導(dǎo)電劑是超純碳，粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯，三者的質(zhì)量比為7:2:1 ;電解質(zhì)是I M高氯酸鈉的碳酸丙稀酯溶液；電池殼為CR2025型號(hào)，集流體為銅片，隔膜為玻璃纖維膜；金屬鈉片作為正極，電池在氬氣保護(hù)下組裝完成。
[0010]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明采用低成本的原料，無(wú)模板的水熱合成法，對(duì)環(huán)境友好，簡(jiǎn)單易行，產(chǎn)率高，大小均勻，分散性好，重現(xiàn)性好，易于大規(guī)模生產(chǎn)。該二硫化鉍鈉作為鈉離子電池的負(fù)極材料，展現(xiàn)較高的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，穩(wěn)定循環(huán)6次的放電比容量達(dá)到485 mAhg' 二硫化鉍鈉的放電曲線在低電壓0.4V出現(xiàn)放電平臺(tái)，是一種很有前景的鈉離子電池負(fù)極材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1本發(fā)明實(shí)施例1的二硫化鉍鈉的掃描電鏡圖。
[0012]圖2本發(fā)明實(shí)施例1的二硫化鉍鈉的XRD圖。
[0013]圖3本發(fā)明實(shí)施例1的二硫化鉍鈉納米顆粒的第二次和第三次循環(huán)的充放電曲線(a)和循環(huán)性能圖(b)。
[0014]圖4本發(fā)明實(shí)施例2的二硫化鉍鈉的掃描電鏡圖。
[0015]圖5本發(fā)明實(shí)施例3的二硫化鉍鈉的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]通過溶劑熱法處理二硫化碳、硝酸鉍和氫氧化鈉制得直徑為100_150nm的二硫化鉍鈉納米顆粒，其化學(xué)式為:NaBiS2。
[0017]制備方法包括以下步驟:
(1)將氫氧化鈉溶于二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中；
(2)磁力攪拌下，將硝酸鉍加入到步驟(1)的混合溶液中，繼續(xù)攪拌2小時(shí)；
(3)將步驟(2)的溶液移入反應(yīng)釜中，密封，在120-200°C下反應(yīng)2-200h，過濾，用大量去離子水和無(wú)水乙醇洗滌后，60 °C干燥12 h，得到NaBiS2納米顆粒。
[0018]二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中二硫化碳和無(wú)水乙醇的體積比為1:30-1:15。
[0019]氫氧化鈉和硝酸鉍的摩爾比為10:1-5:1。
[0020]NaBiS2納米顆粒作為鈉離子電池的負(fù)極材料的活性組分，導(dǎo)電劑是超純碳，粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯，三者的質(zhì)量比為7:2:1 ;電解質(zhì)是I M高氯酸鈉的碳酸丙稀酯溶液；電池殼為CR2025型號(hào)，集流體為銅片，隔膜為玻璃纖維膜；金屬鈉片作為正極，電池在氬氣保護(hù)下組裝完成。
[0021]實(shí)施例1
二硫化鉍鈉納米顆粒的制備方法包括以下步驟:
(1)將氫氧化鈉溶于二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中；
(2)磁力攪拌下，將硝酸鉍加入到步驟(1)的混合溶液中，繼續(xù)攪拌2小時(shí)；(3)將步驟(2)的溶液移入反應(yīng)釜中，密封，在120°C下反應(yīng)200 h，過濾，用大量去離子水和無(wú)水乙醇洗滌后，60 °C干燥12 h，得到NaBiS2納米顆粒。
[0022]二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中二硫化碳和無(wú)水乙醇的體積比為1:30。
[0023]氫氧化鈉和硝酸鉍的摩爾比為10:1。
[0024]NaBiS2納米顆粒作為鈉離子電池的負(fù)極材料的活性組分，導(dǎo)電劑是超純碳，粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯，三者的質(zhì)量比為7:2:1 ;電解質(zhì)是I M高氯酸鈉的碳酸丙稀酯溶液；電池殼為CR2025型號(hào)，集流體為銅片，隔膜為玻璃纖維膜；金屬鈉片作為正極，電池在氬氣保護(hù)下組裝完成。
[0025]實(shí)施例2
二硫化鉍鈉納米顆粒的制備方法包括以下步驟:
(1)將氫氧化鈉溶于二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中；
(2)磁力攪拌下，將硝酸鉍加入到步驟(1)的混合溶液中，繼續(xù)攪拌2小時(shí)；
(3)將步驟(2)的溶液移入反應(yīng)釜中，密封，在200°C下反應(yīng)2h，過濾，用大量去離子水和無(wú)水乙醇洗滌后，60 °C干燥12 h，得到NaBiS2納米顆粒。
[0026]二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中二硫化碳和無(wú)水乙醇的體積比為1:15。
[0027]氫氧化鈉和硝酸鉍的摩爾比為5:1。
[0028]NaBiS2納米顆粒`作為鈉離子電池的負(fù)極材料的活性組分，導(dǎo)電劑是超純碳，粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯，三者的質(zhì)量比為7:2:1 ;電解質(zhì)是I M高氯酸鈉的碳酸丙稀酯溶液；電池殼為CR2025型號(hào)，集流體為銅片，隔膜為玻璃纖維膜；金屬鈉片作為正極，電池在氬氣保護(hù)下組裝完成。
[0029]實(shí)施例3
二硫化鉍鈉納米顆粒的制備方法包括以下步驟:
(1)將氫氧化鈉溶于二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中；
(2)磁力攪拌下，將硝酸鉍加入到步驟(1)的混合溶液中，繼續(xù)攪拌2小時(shí)；
(3)將步驟(2)的溶液移入反應(yīng)釜中，密封，在160°C下反應(yīng)100h，過濾，用大量去離子水和無(wú)水乙醇洗滌后，60 °C干燥12 h，得到NaBiS2納米顆粒。
[0030]二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中二硫化碳和無(wú)水乙醇的體積比為1:15。
[0031]氫氧化鈉和硝酸鉍的摩爾比為10:1。
[0032]NaBiS2納米顆粒作為鈉離子電池的負(fù)極材料的活性組分，導(dǎo)電劑是超純碳，粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯，三者的質(zhì)量比為7:2:1 ;電解質(zhì)是I M高氯酸鈉的碳酸丙稀酯溶液；電池殼為CR2025型號(hào)，集流體為銅片，隔膜為玻璃纖維膜；金屬鈉片作為正極，電池在氬氣保護(hù)下組裝完成。
[0033]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鈉離子電池負(fù)極材料二硫化鉍鈉納米顆粒，其特征在于:通過溶劑熱法處理二硫化碳、硝酸鉍和氫氧化鈉制得直徑為100-150nm的二硫化鉍鈉納米顆粒，其化學(xué)式為:NaBiS20
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的鈉離子電池負(fù)極材料二硫化鉍鈉納米顆粒的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將氫氧化鈉溶于二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中； (2)磁力攪拌下，將硝酸鉍加入到步驟(1)的混合溶液中，繼續(xù)攪拌2小時(shí)； (3)將步驟(2)的溶液移入反應(yīng)釜中，密封，在120-200°C下反應(yīng)2-200h，過濾，用大量去離子水和無(wú)水乙醇洗滌后，60 °C干燥12 h，得到NaBiS2納米顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈉離子電池負(fù)極材料二硫化鉍鈉納米顆粒的制備方法，其特征在于:二硫化碳和無(wú)水乙醇的混合溶劑中二硫化碳和無(wú)水乙醇的體積比為1:30-1:15。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈉離子電池負(fù)極材料二硫化鉍鈉納米顆粒的制備方法，其特征在于:氫氧化鈉和硝酸鉍的摩爾比為10:1-5:1。
5.一種如權(quán)利要求1所述的鈉離子電池負(fù)極材料二硫化鉍鈉納米顆粒的應(yīng)用，其特征在于=NaBiS2納米顆粒作為鈉離子電池的負(fù)極材料的活性組分，導(dǎo)電劑是超純碳，粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯，三者的質(zhì)量比為7:2:1;電解質(zhì)是I M高氯酸鈉的碳酸丙稀酯溶液；電池殼為CR2025型號(hào)，集流體為銅片，隔膜為玻璃纖維膜；金屬鈉片作為正極，電池在氬氣保護(hù)下組裝完成。
【文檔編號(hào)】C01G29/00GK103553129SQ201310524153
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】費(fèi)海龍, 劉鑫 申請(qǐng)人:福州大學(xué)