CN111063873B - 一种硫化钴-氧化钴复合钠离子电池负极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硫化钴‑氧化钴复合钠离子电池负极材料的制备方法，所述方法通过水热法制备硫化钴，随后再利用水蒸气刻蚀制备得到氧化钴‑硫化钴复合材料用作钠离子电池负极材料。氧化钴与硫化钴共同作用，一同提升钠离子电池放电比容量与循环稳定性。

Description

一种硫化钴-氧化钴复合钠离子电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于钠离子电池负极材料的制备方法，具体涉及一种先制备硫化钴，再利用水蒸气刻蚀制备硫化钴-氧化钴复合材料的制备方法，属于材料化学领域。
背景技术
能源是驱动人类文明进步的重要要素之一。随着现代工业化与新兴科技的发展，化石、煤炭、石油与天然气等传统能源正被加速消耗。而随之带来的全球能源危机不仅给人们的基本生活带来了严重影响。此外，传统能源过度使用带来的环境问题也同样不可被忽视。为应对以上种种问题，风能、太阳能、潮汐能、生物能与地热能等清洁能源正逐步被开发与使用。这些可再生清洁能源的总量大但能量密度小，供能在时间与空间上也存在随机性与不连续性。因此，为满足人们在生活对这些清洁能源的方便使用，各种可以满足实际需求的储能设备被广泛开发与运用。
目前，锂离子电池广泛应用于便携电子设备中，随着动力汽车与电子便携设备的大规模开发与应用，地球上有限的锂资源将可能导致锂离子电池的成本升高，最终被很快消耗殆尽。因此，电化学性能与锂离子电池性质相似的钠离子二次电池成为最为合适的替代者。虽然钠离子比锂离子重，但除了动力汽车需要考虑电池能量与体积密度外，其他小型储能设备(如手机电池、笔记本电池等)移动性较小，这使得钠离子电池在实际应用上有很大的可能性。同为元素周期表第Ⅰ主族的钠元素和锂元素的性质有许多相似之处，所以构造的钠离子电池有许多方面与锂离子电池相似。其基本工作原理与锂离子电池的“摇椅式电池”原理相同，采用能可逆嵌入与脱出钠离子的单质或者化合物作为电池系统的正负极。钠元素资源丰富，易于获取而且钠相对于锂有更高的半电池电位，所以能用低分解电压的电解液，因此安全性能有望优于锂离子电池。因此，为实现电池行业可持续发展，开发对环境无污染的新型储能电池是大势所趋，而钠离子电池正是这类新型高能绿色电池中的一员。
虽然钠离子电池具有以上优点，但是由于钠离子半径较大，当负极的层间距小于钠离子的直径时，会导致钠离子难以嵌入负极从而钠离子嵌入量非常少，从而导致钠离子电池的比容量极低。而且，钠可以嵌入负极材料时会复合形成化合物，但是形成该化合物时材料的体积膨胀非常严重，甚至导致电极破碎、粉化，使得电化学性能迅速下降，因此，循环稳定性难以解决。总的来说，可以取代锂离子电池的钠离子电池引起了全球科学家的关注，但是钠离子电池还存在大量问题，有待进一步的研究解决。
发明内容
本发明的目的是为了克服钠离子电池放电比容量不高，循环稳定性差的缺陷，本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：
一种钠离子电池负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：
第一步制备硫化钴粉末
取硫化钠和氯化钴溶于去离子水中，搅拌均匀后转移至反应釜中，150-200℃条件下反应得到前驱体，冷却后离心收集产物，并用去离子水与无水乙醇各洗涤三次，干燥完成后将其转移至管式炉中高温煅烧，得到硫化钴粉末。
进一步的，所述第一步中硫化钠与去离子水的质量体积比为1:10-50g/mL,氯化钴与去离子水的质量体积比为1:10-50g/mL；
进一步地，所述第一步中管式炉内高温煅烧温度为400-600℃，保温时间为1-2h。
第二步制备硫化钴-氧化钴复合钠离子电池负极材料：
将第一步中制备得到的硫化钴粉末置于管式炉中在氩气气氛下高温煅烧，升温完成后，利用蠕动泵向其中泵入去离子水，在泵入去离子水过程中氩气气氛仍然保持，之后撤去蠕动泵，自然冷却后得到硫化钴-氧化钴复合材料用作钠离子电池负极材料。
进一步地，所述第二步中管式炉中高温煅烧升温速率为1-5℃/min，煅烧温度为300-500℃；
进一步地，所述第二步中所述硫化钴粉末的质量为0.1～1g，所述去离子水通入速率为1-3mL/min，通入时间为10-30min。
本发明的有益效果如下：
本发明首先利用水热反应制备得到硫化钴粉末，随后利用水蒸气刻蚀的方法制备得到硫化钴-氧化钴异质结粉末，二者共同作用，一同提升钠离子电池放电比容量与循环稳定性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为实施例1所制得钠离子电池负极材料放电比容量循环图。
具体实施方式
实施例1：
第一步制备硫化钴粉末：
取硫化钠5g，氯化钴5g，溶于80mL去离子水中，搅拌均匀后转移至反应釜中，160℃条件下反应得到前驱体材料，冷却后对离心收集产物，并用去离子水与无水乙醇各洗涤三次，干燥完成后将产物转移至管式炉中，在氩气气氛下升温至500℃，保温2h得到硫化钴粉末。
第二步制备钠离子电池负极材料：
将第一步制得的硫化钴粉末0.3g置于管式炉中，在氩气气氛下升温至400℃，升温速率为2℃/min，升温完成后，利用蠕动泵向其中泵入去离子水，速率为2mL/min，持续20min，在泵入去离子水过程中仍然保持氩气气氛，之后撤去蠕动泵自然冷却后，得到硫化钴-氧化钴复合材料用作钠离子电池负极材料。
实施例2：
第一步制备硫化钴粉末：
取硫化钠10g，氯化钴10g，溶于100mL去离子水中，搅拌均匀后转移至反应釜中，200℃条件下反应得到前驱体材料，冷却后离心收集产物，并用去离子水与无水乙醇各洗涤三次，干燥完成后将其转移至管式炉中，在氩气气氛下升温至600℃，保温2h得到产物硫化钴粉末。
第二步制备钠离子电池负极材料：
将第一步制得的硫化钴粉末0.3g置于管式炉中，在氩气气氛下升温至500℃，升温速率为5℃/min，升温完成后，利用蠕动泵向其中泵入去离子水，速率为3mL/min,持续30min，在泵入去离子水过程中仍然保持氩气气氛，之后撤去蠕动泵，自然冷却后制得硫化钴-氧化钴复合材料用作钠离子电池负极材料。
实施例3：
第一步制备硫化钴粉末：
取硫化钠1g，氯化钴1g，溶于50mL去离子水中，搅拌均匀后转移至反应釜中，150℃条件下反应得到前驱体材料，冷却后离心收集产物，并用去离子水与无水乙醇各洗涤三次，干燥完成后将其转移至管式炉中，在氩气气氛下升温至400℃，保温1h得到硫化钴粉末。
第二步制备钠离子电池负极材料：
将第一步中制得的硫化钴粉末0.3g置于管式炉中，在氩气气氛下升温至300℃，升温速率为1℃/min，升温完成后，利用蠕动泵向其中泵入去离子水，速率为1mL/min,持续30min，在泵入去离子水过程中仍然保持氩气气氛，之后撤去蠕动泵，自然冷却后制得硫化钴-氧化钴复合材料用作钠离子电池负极材料。

Claims (1)

1.一种硫化钴-氧化钴复合钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步制备硫化钴粉末：
取硫化钠10g，氯化钴10g，溶于100mL去离子水中，搅拌均匀后转移至反应釜中，200℃条件下反应得到前驱体材料，冷却后离心收集产物，并用去离子水与无水乙醇各洗涤三次，干燥完成后将其转移至管式炉中，在氩气气氛下升温至600℃，保温2h得到产物硫化钴粉末；
第二步制备钠离子电池负极材料：
将第一步制得的硫化钴粉末0.3g置于管式炉中，在氩气气氛下升温至500℃，升温速率为5℃/min，升温完成后，利用蠕动泵向其中泵入去离子水，速率为3mL/min,持续30min，在泵入去离子水过程中仍然保持氩气气氛，之后撤去蠕动泵，自然冷却后制得硫化钴-氧化钴复合材料用作钠离子电池负极材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114864893B (zh) * 2022-04-25 2023-11-28 同济大学 一种双碳封装的CoS2/CoO多孔异质结复合材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108963237A (zh) * 2018-08-07 2018-12-07 河北工业大学 一种钠离子电池负极材料的制备方法
CN109301213A (zh) * 2018-09-30 2019-02-01 肇庆市华师大光电产业研究院 一种锂离子电池负极材料及其制备方法
CN110048095A (zh) * 2019-03-25 2019-07-23 天津大学 一种制备用于钠离子负极材料的二硫化钼二氧化钼复合材料的方法
WO2019147038A1 (ko) * 2018-01-25 2019-08-01 한국전기연구원 탄소재 표면에 자기 결합된 복합체 코팅을 포함하는 음극 활물질, 그의 제조 방법 및 이러한 음극 활물질을 구비한 비수계 리튬이차전지 및 그의 제조 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6821907B2 (en) * 2002-03-06 2004-11-23 Applied Materials Inc Etching methods for a magnetic memory cell stack

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019147038A1 (ko) * 2018-01-25 2019-08-01 한국전기연구원 탄소재 표면에 자기 결합된 복합체 코팅을 포함하는 음극 활물질, 그의 제조 방법 및 이러한 음극 활물질을 구비한 비수계 리튬이차전지 및 그의 제조 방법
CN108963237A (zh) * 2018-08-07 2018-12-07 河北工业大学 一种钠离子电池负极材料的制备方法
CN109301213A (zh) * 2018-09-30 2019-02-01 肇庆市华师大光电产业研究院 一种锂离子电池负极材料及其制备方法
CN110048095A (zh) * 2019-03-25 2019-07-23 天津大学 一种制备用于钠离子负极材料的二硫化钼二氧化钼复合材料的方法

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