CN109524657B - 一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109524657B
CN109524657B CN201811422479.2A CN201811422479A CN109524657B CN 109524657 B CN109524657 B CN 109524657B CN 201811422479 A CN201811422479 A CN 201811422479A CN 109524657 B CN109524657 B CN 109524657B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sns
graphene
electrode
dimensional porous
nanorod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811422479.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109524657A (zh
Inventor
朱俊生
李亚男
王洪敏
衣守忠
高冠鑫
张双全
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN201811422479.2A priority Critical patent/CN109524657B/zh
Publication of CN109524657A publication Critical patent/CN109524657A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109524657B publication Critical patent/CN109524657B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
    • H01M4/5815—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极及其制备方法，属于电池储能负极及制备方法。制备方法，首先将三维多孔泡沫镍加入硫化钠的乙二醇溶液中，通过溶剂热反应，制得三维多孔Ni3S2电极，该电极表面的Ni3S2与泡沫镍基体结合力强且具有纳米多孔结构，有利于在其表面涂覆SnS基复合材料；SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的制备采用两步法，先用溶剂热法将SnS纳米棒均匀镶嵌在石墨烯片层中，再通过原位聚合包覆聚多巴胺；将SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯水溶液混合均匀后涂覆在三维多孔Ni3S2电极上，经干燥后得到三维多孔SnS复合电极。该电极有较高的首次库伦效率、良好的循环性能和较高的比容量，可作为新一代动力锂离子电池的负极。

Description

一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电池储能负极及制备方法，特别是一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极及其制备方法。
背景技术
随着世界经济的快速发展，石油、天然气等化石资源的消耗与日俱增，造成的环境问题日益突出。研发电动汽车和开发利用新能源已成为全球化的大趋势。目前，电动汽车发展的瓶颈是动力电池，体现在电池的比能量、安全性和循环寿命等；而风能、太阳能等新能源属于间歇性能源，其连续使用也离不开储能电池的存储与输出。因此迫切需要开发高比能、长循环寿命和高功率的储能电池。在实用化的动力电源中，锂离子电池具有高达150～200Wh/kg的能量密度和良好的循环寿命，是最有可能满足电动汽车和储能电池的动力电源之一。
然而，目前市场上以石墨作为负极的动力锂离子电池的能量密度仍偏低，并且石墨电极的比容量已非常接近理论容量，难以有较大地提升。SnS电极由于具有毒性低、成本低、安全性好、比容量高等优势，被认为是一种很有前景的石墨替代负极。然而，充放电过程中巨大的体积变化使得电极活性物质很快粉化、脱落，电池容量迅速衰减。现有技术一般通过制备SnS纳米材料、SnS/碳复合材料或SnS三维电极来解决。研究表明，这三种方法对SnS电极的电化学性能均具有良好的改性作用。
将这三种方法有机地结合起来，使纳米结构的SnS与碳复合后负载在三维电极上，可以同时发挥三种改性方法的作用，进一步提高SnS电极的储锂性能。
发明内容
本发明的目的是要提供一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极及其制备方法，解决现有锂离子电池负极比容量较低和现有SnS电极中活性物质材料体积膨胀严重、容量迅速衰减问题。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的三维多孔SnS复合电极是将SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯水溶液混合均匀后涂覆在三维多孔Ni3S2电极上，经干燥后制备得到；其中，SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯水溶液的质量比例为80:5～15:50～150；所述的聚四氟乙烯水溶液为10w.t.％。
本发明的三维多孔SnS复合电极制备方法包括：SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的制备和三维多孔SnS复合电极的制作方法；
所述的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的制备方法采用两步法制得：先制备SnS纳米棒/石墨烯，再通过原位聚合制得复合材料：
(1)首先通过石墨烯、氯化亚锡及硫化钠原位合成SnS/石墨烯，经溶剂热反应制得SnS纳米棒/石墨烯；
(2)然后将SnS纳米棒/石墨烯加入多巴胺盐酸盐的溶液中，通过原位聚合，在SnS纳米棒/石墨烯表面包覆聚多巴胺，制得SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料；
所述的三维多孔SnS复合电极的制作方法，具体步骤为：
(1)三维多孔Ni3S2电极通过将泡沫镍加入到硫化钠的水溶液中，水热反应制得；
(2)将SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯水溶液混合均匀后涂覆在三维多孔Ni3S2电极上，经干燥后制备得到三维多孔SnS复合电极。
所述的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的制备方法，具体步骤为：
步骤一、向三口烧瓶中加入30mL乙二醇，再加入石墨烯，边搅拌边超声；10min后加入SnCl2·2H2O，保持搅拌并超声30min，其中石墨烯和SnCl2·2H2O的质量比例为0.1～0.3:1，SnCl2·2H2O的质量和乙二醇的体积比例为0.2～0.4g:30mL；再将Na2S·9H2O在超声及搅拌作用下溶于50mL温度为75℃的乙二醇中，待冷却后在搅拌条件下将硫化钠的乙二醇溶液逐滴滴入三口瓶中，其中Na2S·9H2O与上述SnCl2·2H2O的质量比例为:2～3:1；最后将三口瓶中的悬浮液转移至100mL的水热釜，于160～180℃反应12h后自然冷却至室温，再进行过滤、多次水洗、干燥制得SnS纳米棒/石墨烯；
步骤二、将0.02g NaH2PO4·2H2O和0.036g Na3PO4·12H2O溶于100mL水中，在接触空气条件下保持持续搅拌，向该水溶液中加入SnS纳米棒/石墨烯和多巴胺盐酸盐，在室温、接触空气条件下保持搅拌24h；其中SnS纳米棒/石墨烯、多巴胺盐酸盐的质量与水的体积比为:0.05～0.2g:0.01～0.03g:100mL；最后进行抽虑、水洗、干燥，制得SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料。
所述的石墨烯的制备方法为：
步骤一、将三口瓶置于冰水浴中，然后加入浓硫酸，再将石墨粉加入三口烧瓶中，搅拌10～20min后，再分5次逐渐加入高锰酸钾，搅拌30min后，再将三口瓶置于30～50℃的条件下反应1～3h，得到粘稠液体，其中浓硫酸体积与石墨粉质量的比例为20～30mL:1g，高锰酸钾和石墨粉的质量比为1～4:1；
步骤二、将步骤一的粘稠液体在搅拌条件下缓慢加入蒸馏水中，80～90℃搅拌2h后，再倒入双氧水溶液(2w.t.％)中，常温搅拌20～30h后离心，其中步骤一的粘稠液体、蒸馏水、双氧水溶液(2w.t.％)的体积比为：1:2～4:8～12，然后依次分别用稀盐酸和蒸馏水洗涤、离心2～3次后在40℃下干燥70h，得到氧化石墨烯固体粉末；
步骤三、称取0.1g氧化石墨烯固体粉末装入坩埚中，盖上坩埚盖，将坩埚放入750℃～850℃的马弗炉中，40s后取出坩埚，冷却后得到石墨烯。
所述的三维多孔Ni3S2电极的制备方法为：
将Na2S·9H2O溶于18ml水，转入25ml反应釜内胆中，再加入1块圆形泡沫镍，120～160℃反应12h制得三维Ni3S2电极；其中Na2S·9H2O质量和水的体积比例为:0.1～0.3g:18ml；所述的圆形泡沫镍：厚度1.5mm，直径14mm。
有益效果，由于采用了上述技术方案，本发明的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料，SnS纳米棒均匀地分散在石墨烯片层中，并且表面包覆了聚多巴胺，提高了SnS纳米棒与石墨烯之间的结合力并有效抑制了SnS的体积膨胀；此外，三维多孔Ni3S2电极表面的Ni3S2与泡沫镍基体结合力强且具有纳米多孔结构，有利于在其表面涂覆SnS基复合材料；该复合材料均匀地涂覆在三维多孔Ni3S2电极上，这种三维多孔结构能进一步缓冲充放电过程中SnS的体积变化，并且由于SnS和Ni3S2与Li反应的电位不同，当一种材料与Li反应发生体积膨胀时，另一种材料可以作为惰性组分起到缓冲作用；此外这种三维多孔结构还有利于电解液的渗透和离子的迁移。
由本发明制备的锂离子电池三维多孔电极具有较高的首次库伦效率、较高的比容量和良好的循环性能，可作为新一代动力锂离子电池的负极。
附图说明
图1是本发明的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的XRD图谱。
图2是本发明的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的FTIR图谱。
图3是本发明的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的SEM图。
图4是本发明的三维多孔Ni3S2电极的XRD图谱。
图5是本发明的三维多孔Ni3S2电极的SEM图。
图6是本发明的三维多孔SnS复合电极的循环性能图。
具体实施方式
本发明的三维多孔SnS复合电极是将SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯水溶液混合均匀后涂覆在三维多孔Ni3S2电极上，经干燥后制备得到；其中，SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯水溶液的质量比例为80:5～15:50～150；所述的聚四氟乙烯水溶液为10w.t.％。
本发明的三维多孔SnS复合电极制备方法包括：SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的制备和三维多孔SnS复合电极的制作方法；
所述的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的制备方法采用两步法制得：先制备SnS纳米棒/石墨烯，再通过原位聚合制得复合材料：
(1)首先通过石墨烯、氯化亚锡及硫化钠原位合成SnS/石墨烯，经溶剂热反应制得SnS纳米棒/石墨烯；
(2)然后将SnS纳米棒/石墨烯加入多巴胺盐酸盐的溶液中，通过原位聚合，在SnS纳米棒/石墨烯表面包覆聚多巴胺，制得SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料；
所述的三维多孔SnS复合电极的制作方法，具体步骤为：
(1)三维多孔Ni3S2电极通过将泡沫镍加入到硫化钠的水溶液中，水热反应制得；
(2)将SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯水溶液混合均匀后涂覆在三维多孔Ni3S2电极上，经干燥后制备得到三维多孔SnS复合电极。
所述的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的制备方法，具体步骤为：
步骤一、向三口烧瓶中加入30mL乙二醇，再加入石墨烯，边搅拌边超声；10min后加入SnCl2·2H2O，保持搅拌并超声30min，其中石墨烯和SnCl2·2H2O的质量比例为0.1～0.3:1，SnCl2·2H2O的质量和乙二醇的体积比例为0.2～0.4g:30mL；再将Na2S·9H2O在超声及搅拌作用下溶于50mL温度为75℃的乙二醇中，待冷却后在搅拌条件下将硫化钠的乙二醇溶液逐滴滴入三口瓶中，其中Na2S·9H2O与上述SnCl2·2H2O的质量比例为:2～3:1；最后将三口瓶中的悬浮液转移至100mL的水热釜，于160～180℃反应12h后自然冷却至室温，再进行过滤、多次水洗、干燥制得SnS纳米棒/石墨烯；
步骤二、将0.02g NaH2PO4·2H2O和0.036g Na3PO4·12H2O溶于100mL水中，在接触空气条件下保持持续搅拌，向该水溶液中加入SnS纳米棒/石墨烯和多巴胺盐酸盐，在室温、接触空气条件下保持搅拌24h；其中SnS纳米棒/石墨烯、多巴胺盐酸盐的质量与水的体积比为:0.05～0.2g:0.01～0.03g:100mL；最后进行抽虑、水洗、干燥，制得SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料。
所述的石墨烯的制备方法为：
步骤一、将三口瓶置于冰水浴中，然后加入浓硫酸，再将石墨粉加入三口烧瓶中，搅拌10～20min后，再分5次逐渐加入高锰酸钾，搅拌30min后，再将三口瓶置于30～50℃的条件下反应1～3h，得到粘稠液体，其中浓硫酸体积与石墨粉质量的比例为20～30mL:1g，高锰酸钾和石墨粉的质量比为1～4:1；
步骤二、将步骤一的粘稠液体在搅拌条件下缓慢加入蒸馏水中，80～90℃搅拌2h后，再倒入双氧水溶液(2w.t.％)中，常温搅拌20～30h后离心，其中步骤一的粘稠液体、蒸馏水、双氧水溶液(2w.t.％)的体积比为：1:2～4:8～12，然后依次分别用稀盐酸和蒸馏水洗涤、离心2～3次后在40℃下干燥70h，得到氧化石墨烯固体粉末；
步骤三、称取0.1g氧化石墨烯固体粉末装入坩埚中，盖上坩埚盖，将坩埚放入750℃～850℃的马弗炉中，40s后取出坩埚，冷却后得到石墨烯。
所述的三维多孔Ni3S2电极的制备方法为：
将Na2S·9H2O溶于18ml水，转入25ml反应釜内胆中，再加入1块圆形泡沫镍，120～160℃反应12h制得三维Ni3S2电极；其中Na2S·9H2O质量和水的体积比例为:0.1～0.3g:18ml；所述的圆形泡沫镍：厚度1.5mm，直径14mm。
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
实施例1：本实施方式为三维多孔SnS复合电极，该复合电极是将SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯水溶液(10w.t.％)混合均匀后涂覆在三维多孔Ni3S2电极上，经干燥后制备得到。其中，SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯水溶液的质量比例为80:5～15:50～150。
实施例2：本实施方式与具体实施例1不同的是所述SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料中石墨烯的制备方法为：一、将三口瓶置于冰水浴中，然后加入75mL浓硫酸，再将3g石墨粉加入三口烧瓶中，搅拌15min后，再分5次逐渐加入9g高锰酸钾，搅拌30min后，再将三口瓶置于40℃的条件下反应2h，得到粘稠液体；二、将步骤一的粘稠液体在搅拌条件下缓慢加入220mL蒸馏水中，90℃搅拌2h后，再倒入750mL双氧水溶液(2w.t.％)中，常温搅拌20h后离心，然后依次分别用稀盐酸和蒸馏水洗涤、离心3次后在40℃下干燥70h，得到氧化石墨烯固体粉末。三、称取0.1g氧化石墨烯固体粉末装入坩埚中，盖上坩埚盖，将坩埚放入850℃的马弗炉中，40s后取出坩埚，冷却后得到石墨烯。
本实施方式中石墨烯的制备方法不限于上述记载的方法，现有公开的制备方法均可用于石墨烯的制备。
实施例3：本实施方式与具体实施例1或2不同的是所述SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的制备方法为：一、向三口烧瓶中加入30mL乙二醇，再加入0.04g石墨烯，边搅拌边超声；10min后加入0.25g SnCl2·2H2O，保持搅拌并超声30min；再将0.70g Na2S·9H2O在超声及搅拌作用下溶于50mL温度为75℃的乙二醇中，待冷却后在搅拌条件下将硫化钠的乙二醇溶液逐滴滴入三口瓶中；最后将三口瓶中的悬浮液转移至100mL的水热釜，于180℃反应12h后自然冷却至室温，再进行过滤、多次水洗、干燥制得SnS纳米棒/石墨烯。二、将0.02gNaH2PO4·2H2O和0.036g Na3PO4·12H2O溶于100mL水中，在接触空气条件下保持持续搅拌，向该水溶液中加入0.1g SnS纳米棒/石墨烯和0.02g多巴胺盐酸盐，在室温、接触空气条件下保持搅拌24h，最后进行抽虑、水洗、干燥，制得SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料。
本实施方式制备得到的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的XRD图如图1所示。由图可见，所制备的复合材料的所有衍射峰均与正交相的SnS(JCPDS card no.39–0354)相符，而石墨烯在衍射角26°左右的峰与SnS(110)晶面的衍射峰重合；此外，观察不到其他衍射峰，说明聚多巴胺包覆对复合材料的晶型没有明显影响。
本实施方式所制备的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的FTIR图谱如图2所示，由图可见，在峰值为3418cm-1和1626cm-1处出现两个峰，分别对应着石墨烯的O-H伸缩振动、C＝O伸缩振动；在峰值为2913cm-1、1399cm-1处和1253cm-1出现三个峰，分别对应着聚多巴胺的N-H振动、O-H的弯曲振动以及C-N的伸缩振动，597cm-1处出现的峰对应着Sn-S的振动峰，上述结果表明成功制备出了SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料。
进一步使用SEM观察了本实施方式所制备的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的形貌，如图3所示。由图可见，复合才俩中SnS以纳米棒的形式存在，并且SnS纳米棒被石墨烯和聚多巴胺均匀地包覆着，这种结构有利于缓冲充放电过程中SnS纳米棒的体积变化，提高其储锂性能。
实施例4：本实施方式与具体实施例1、2或3不同的是所述三维多孔Ni3S2电极的制备方法为：将0.2g Na2S·9H2O溶于18ml水，转入25ml反应釜内胆中，再加入1块圆形泡沫镍(厚度1.5mm，直径14mm)，120℃反应12h制得三维Ni3S2电极。
实施例5：本实施方式与具体实施例1、2、3或4不同的是所述三维多孔Ni3S2电极的制备方法为：将0.2g Na2S·9H2O溶于18ml水，转入25ml反应釜内胆中，再加入1块圆形泡沫镍(厚度1.5mm，直径14mm)，160℃反应12h制得三维Ni3S2电极。其它参数与实施例1至4相同。
实施例6：本实施方式与具体实施例1、2、3或4不同的是所述三维多孔Ni3S2电极的制备方法为：将0.2g Na2S·9H2O溶于18ml水，转入25ml反应釜内胆中，再加入1块圆形泡沫镍(厚度1.5mm，直径14mm)，150℃反应12h制得三维Ni3S2电极。其它参数与实施例1至4相同。
本实施方式所制备的三维多孔Ni3S2电极的XRD图如图4所示。由图可见，除了Ni的衍射峰(源自泡沫镍基体)外，其余衍射峰均对应着六方晶系Ni3S2(JCPDS card no.44–1418)的衍射峰，说明成功合成了三维多孔Ni3S2电极。
本实施方式所制备的三维多孔Ni3S2电极的SEM图如图5所示。从图5a可以看出，Ni3S2电极具有三维多孔结构，从图5b可以看出，该电极表面粗糙多孔，有利于SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料和乙炔黑在其表面的涂覆。
实施例7：本实施方式与实施例1至6之一不同的是所述三维多孔SnS复合电极的制备方法是通过以下步骤实现的：按重量份称取80份的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料，5～9份乙炔黑，50～90份聚四氟乙烯水溶液(10w.t.％)，混合均匀后涂覆在三维多孔Ni3S2电极上，然后在60℃干燥，得到三维多孔复合电极。
实施例8：本实施方式与具体实施例1至7之一不同的是所述三维多孔SnS复合电极的制备方法是通过以下步骤实现的：称取0.2gSnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、0.03g乙炔黑和0.3g聚四氟乙烯水溶液(10w.t.％)，混合均匀后涂覆在三维多孔Ni3S2电极上，然后在60℃干燥，得到三维多孔复合电极。
实施例9：本实施方式与具体实施例1至8之一不同的是所述三维多孔SnS复合电极的制备方法是通过以下步骤实现的：称取0.2gSnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、0.025g乙炔黑和0.37g聚四氟乙烯水溶液(10w.t.％)，混合均匀后涂覆在三维多孔Ni3S2电极上，然后在60℃干燥，得到三维多孔SnS复合电极。
实施例10：本实施方式与实施例9不同的是锂离子半电池是按以下步骤实现的：分别以实施例9所得的三维多孔SnS复合电极、金属Li片作为工作电极和对电极，以Celgard2400作为隔膜，采用LB-315C型电解液，在充满高纯氩气的手套箱中组装扣式电池，然后密封。本实施方式所制备的三维多孔SnS复合电极在500mA g-1电流密度下的循环能图如图6所示。由图可见，该复合电极的首次充、放电容量分别为730mAh g-1和1040mAh g-1，首次库伦效率为70.2％，经过200次充放电循环后，该电极的可逆容量仍高达685mAh g-1，表明该复合电极具有较高的比容量和良好的循环性能，在新一代动力锂离子电池领域具有优良的应用前景。

Claims (1)

1.一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极的制备方法，其特征是：
三维多孔SnS复合电极是将SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯水溶液混合均匀后涂覆在三维多孔Ni3S2电极上，经干燥后制备得到；
所述的三维多孔Ni3S2电极的制备方法为：将Na2S·9H2O溶于18ml水，转入25ml反应釜内胆中，再加入1块圆形泡沫镍，120～160℃反应12h制得三维Ni3S2电极；其中Na2S·9H2O质量和水的体积比例为:0.1～0.3g:18ml；所述的圆形泡沫镍：厚度1 .5mm，直径14mm；
所述的SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料的制备方法，具体步骤为：
步骤一、向三口烧瓶中加入30mL乙二醇，再加入石墨烯，边搅拌边超声；10min后加入SnCl2·2H2O，保持搅拌并超声30min，其中石墨烯和SnCl2·2H2O的质量比例为0 .1～0.3:1，SnCl2·2H2O的质量和乙二醇的体积比例为0 .2～0 .4g:30mL；再将Na2S·9H2O在超声及搅拌作用下溶于50mL温度为75℃的乙二醇中，待冷却后在搅拌条件下将硫化钠的乙二醇溶液逐滴滴入三口烧瓶中，其中Na2S·9H2O与上述SnCl2·2H2O的质量比例为:2～3:1；最后将三口烧瓶中的悬浮液转移至100mL的水热釜，于160～180℃反应12h后自然冷却至室温，再进行过滤、多次水洗、干燥制得SnS纳米棒/石墨烯；
步骤二、将0 .02g NaH2PO4·2H2O和0 .036g Na3PO4·12H2O溶于100mL水中，在接触空气条件下保持持续搅拌，向该水溶液中加入SnS纳米棒/石墨烯和多巴胺盐酸盐，在室温、接触空气条件下保持搅拌24h；其中SnS纳米棒/石墨烯、多巴胺盐酸盐的质量与水的体积比为:0 .05～0 .2g:0 .01～0 .03g:100mL；最后进行抽滤、水洗、干燥，制得SnS纳米棒/石墨烯@聚多巴胺复合材料。
CN201811422479.2A 2018-11-27 2018-11-27 一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极及其制备方法 Active CN109524657B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811422479.2A CN109524657B (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811422479.2A CN109524657B (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109524657A CN109524657A (zh) 2019-03-26
CN109524657B true CN109524657B (zh) 2021-09-07

Family

ID=65794520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811422479.2A Active CN109524657B (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109524657B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110247033B (zh) * 2019-05-29 2020-12-08 广东工业大学 一种SnS@NSC核-双壳立方体结构复合材料及其制备方法和应用
CN113130860A (zh) * 2020-01-16 2021-07-16 广州汽车集团股份有限公司 一种电池负极材料及其制备方法、电池负极、锂离子电池
US10854395B1 (en) 2020-07-12 2020-12-01 United Arab Emirates University Asymmetric supercapacitor with hierarchical electrodes
CN111916707B (zh) * 2020-08-12 2021-07-16 陕西师范大学 一种石墨烯@二硒化钼@SnS异质界面复合材料的制备方法和应用
CN112382745B (zh) * 2020-11-12 2022-04-19 江苏师范大学 一种还原氧化石墨烯包覆的多金属氧酸盐基聚多巴胺钠离子电池阳极材料及其制备方法
CN113937269B (zh) * 2021-10-13 2023-09-01 福州大学 一种银颗粒涂层修饰的三维多孔铜集流体-锂负极一体结构及其制备方法和应用
CN114050268B (zh) * 2021-11-26 2023-04-21 江苏科技大学 一种高性能石墨烯复合负极材料及其制备方法
CN114725323B (zh) * 2022-05-16 2024-04-02 湖北亿纬动力有限公司 一种负极极片的制备方法及其应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102142540A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 石墨烯/SnS2复合纳米材料的锂离子电池电极及其制备方法
CN105514356A (zh) * 2015-12-25 2016-04-20 东莞威胜储能技术有限公司 一种用于钠电池的复合负极材料及其制备方法
CN106784719A (zh) * 2017-01-05 2017-05-31 山东理工大学 一种石墨烯包覆3d花状硫化镍/泡沫镍材料的制备方法
CN107275617A (zh) * 2017-07-05 2017-10-20 东莞中汽宏远汽车有限公司 复合型锂电池负极材料及其制备方法和锂电池负极、锂电池
CN108417778A (zh) * 2018-03-27 2018-08-17 中国矿业大学 一种锂离子电池SnS混合储能负极板及其制备方法
CN108565406A (zh) * 2018-01-09 2018-09-21 安普瑞斯（无锡）有限公司 一种锂离子电池复合材料及其复合电极的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100896656B1 (ko) * 2007-07-25 2009-05-11 삼성전기주식회사 황화주석 나노입자 제조방법 및 이를 이용한 리튬이온전지제조방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102142540A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 石墨烯/SnS2复合纳米材料的锂离子电池电极及其制备方法
CN105514356A (zh) * 2015-12-25 2016-04-20 东莞威胜储能技术有限公司 一种用于钠电池的复合负极材料及其制备方法
CN106784719A (zh) * 2017-01-05 2017-05-31 山东理工大学 一种石墨烯包覆3d花状硫化镍/泡沫镍材料的制备方法
CN107275617A (zh) * 2017-07-05 2017-10-20 东莞中汽宏远汽车有限公司 复合型锂电池负极材料及其制备方法和锂电池负极、锂电池
CN108565406A (zh) * 2018-01-09 2018-09-21 安普瑞斯（无锡）有限公司 一种锂离子电池复合材料及其复合电极的制备方法
CN108417778A (zh) * 2018-03-27 2018-08-17 中国矿业大学 一种锂离子电池SnS混合储能负极板及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Facile synthesis of three-dimensional porous Ni3S2 electrode with superior lithium ion storage;Junsheng Zhu等;《Materials Letters》;20151228;第166卷;307–310 *
One-pot synthesis of Sn/graphene/polydopamine ternary nanocomposites with improving lithium storage properties;Yanan Li等;《Ionics》;20180731;第24卷(第11期);第3700页Experiment，第3702页Conclusion *
石墨烯—锡基复合材料的制备及其电化学储锂性能研究;朱俊生;《中国博士学位论文全文数据库·工程科技Ⅱ辑》;20141215;第2014卷(第12期);第20-21页2.2实验方法，第25-26页3.1.1石墨烯的制备，第38页3.3.1 SnS-石墨烯的制备 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109524657A (zh) 2019-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109524657B (zh) 一种锂离子电池用三维多孔SnS复合电极及其制备方法
CN107226475B (zh) 一种钾离子电池正极材料及其制备方法和钾离子电池
CN105845889B (zh) 一种NiCo2O4复合材料及其制备方法和其在锂离子电池上的应用
CN107452951B (zh) XS2@YSe2核壳结构的钠离子电池负极材料的制备方法
CN104993125B (zh) 一种锂离子电池负极材料Fe3O4/Ni/C的制备方法
CN112018344B (zh) 碳包覆硫化镍电极材料及其制备方法和应用
CN110790262B (zh) 低温熔盐法制备氮硫双掺杂石墨烯负极材料的制备方法
CN102709563B (zh) 锂离子电池硅负极材料及其制备方法
CN107732203B (zh) 一种纳米二氧化铈/石墨烯/硫复合材料的制备方法
CN105576223A (zh) 一种具有高可逆容量的氧化锡基负极材料及其制备方法
CN107342412A (zh) 一种纳米微球磷钨酸盐/硫正极材料的制备方法
CN106025234A (zh) 一种无粘结剂Ni3S2/Ni钠离子电池负极的制备方法
CN105047861A (zh) 一种硫碳复合材料及其制备方法
CN111600006B (zh) 一种锂离子电池负极材料棒状锡锑合金的制备方法
CN104577064A (zh) 一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法
CN105633327B (zh) 一种TiS2为正极的铝离子二次电池及其制备工艺
CN110112412A (zh) 一种硒硫固溶体正极材料及其制备方法和应用
CN113937262A (zh) 一种用于钠离子电池的金属氧化物改性的正极材料及其制备方法和应用
CN114243007B (zh) 一种二硫化镍/碳纳米管复合电极材料及制备方法和应用
CN109950640B (zh) 金属石墨中温储能电池及其制备方法
CN109004233B (zh) 一种负载层状双金属氢氧化物的金属锂负极复合铜箔集流体的制备方法及应用
CN106938852A (zh) 一种锂离子电池负极材料用纳米CuO的制备方法
CN113036113B (zh) 一种掺杂BaSO4的钠离子电池负极材料及其制备方法
CN110233251A (zh) 一种多孔硅/碳复合材料的制备方法及其应用
CN109921016A (zh) 一种卤素离子协助的硫化铜微米花材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant