CN111092224A - NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用及钠离子电池 - Google Patents

NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用及钠离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN111092224A
CN111092224A CN201811240276.1A CN201811240276A CN111092224A CN 111092224 A CN111092224 A CN 111092224A CN 201811240276 A CN201811240276 A CN 201811240276A CN 111092224 A CN111092224 A CN 111092224A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nips
ion battery
nano
sheet
temperature
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.)
Pending
Application number
CN201811240276.1A
Other languages
English (en)
Inventor
何军
王枫梅
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.)
National Center for Nanosccience and Technology China
Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems
Original Assignee
Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems
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 Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems filed Critical Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems
Priority to CN201811240276.1A priority Critical patent/CN111092224A/zh
Publication of CN111092224A publication Critical patent/CN111092224A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01M4/58—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
    • H01M4/5805—Phosphides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • 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
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • 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
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明提供NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用及钠离子电池，所述应用以NiPS3纳米片作为钠离子电池的负极材料或负极材料中的一种，以溶解NaCF3SO3的二甘醇二甲醚为电解质。本发明将高质量的NiPS3纳米片应用于钠离子电池中作为负极材料，同时以相匹配的NaCF3SO3/二甘醇二甲醚为电解质，可有效抑制充放电过程中厚SEI膜的形成，得到具有高电容量、高倍率性能和可快速充放电的钠离子电池。本发明提供的钠离子电池可为纽扣电池、软包电池等，绿色安全，作为未来规模储能材料具有很大的优势。

Description

NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用及钠离子电池
技术领域
本发明涉及纳米材料应用领域，尤其涉及NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用及钠离子电池。
背景技术
储能技术的发展是实现能源高效利用的必要手段，其中，电化学储能系统以其高效、便捷的特点受到广泛的关注，也是目前科学界的研究热点之一。近年来，二次电池(包括锂离子电池、锂硫电池等)被人们寄予期望用于大规模储能应用。然而，由于锂资源分布不均、储量有限，因此其高成本制约了其大规模储能应用。这一结果使得其他二次电池也被相继开发，其中钠离子电池受到广泛研究，一方面是钠元素在地球储量十分丰富，提炼也比较简单；另一方面，钠离子电池具有价格低廉、绿色环保等优点。但是，钠离子电池也面临一些挑战。相比于锂离子，钠离子的半径比较大，所以正负极活性材料的选择相对比较少，尤其是具有快速充放电性能的负极材料的缺失，这是目前限制钠离子电池实用化的重要因素之一。
在材料开发方面，二维范德华层状材料因其独特的物理和化学性质在国际社会上受到广泛的关注，这种材料可达到原子级超薄的厚度同时保持高的表面积，同时层间的范德华间隙也为储存离子提供了空间。作为一种新颖的层状半导体材料，三硫族磷化镍(NiPS3)引起了国内外科学家的兴趣，该材料具有C2/m的空间群，层间通过弱的范德华力堆垛而成，层内六个Ni2+离子位于一个双椎体(P2S6)4-周围，P原子与S原子以共价键结合。其中，相邻两层之间的范德华间隙约为3.39埃，该距离远大于钠离子的直径(2.04埃)，这一结果说明该材料具有储存钠离子的潜力。近期，Yan等人(Small methods，2017,1700304)将该材料作为钠离子电池的负极材料，以溶解NaClO4的碳酸丙烯酯PC为电解质，在低的充放电电流密度下(0.05Ag-1)，实现了1026mAh g-1的高电容量。但是在快速充放电(10Ag-1)时，其电容量仅仅为383mAh g-1。这主要是所采用的电解质在充放电过程中会在负极材料表面形成一层厚的固体电解质(SEI)膜，这层SEI膜会影响钠离子的嵌入和脱出进而使其充放电容量降低。因此，制备高质量的二维NiPS3晶体并探索与之匹配的电解质是钠离子电池研究中的热点方向之一。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用及钠离子电池，使钠离子电池实现快速充放电。
本发明提供NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用，以所述NiPS3纳米片作为钠离子电池的负极材料或负极材料中的一种，以溶解NaCF3SO3的二甘醇二甲醚为电解质。
上述技术方案中，NiPS3纳米片作为负极材料或其中一种，与溶解NaCF3SO3的二甘醇二甲醚电解质相匹配，可有效抑制充放电过程中厚SEI膜的形成，实现钠离子电池的快速充放电。
优选地，所述NiPS3纳米片的厚度为5～20nm，横向尺寸为5～12μm；更优选地，所述NiPS3纳米片的厚度为6～12nm，横向尺寸为5～10μm。
上述技术方案中，所述NiPS3纳米片结晶性好，化学稳定性高，为高质量NiPS3纳米片，将其应用于钠离子电池中，与溶解NaCF3SO3的二甘醇二甲醚电解质相匹配，能进一步改善钠离子电池的电化学性能，得到具有高电容量、高倍率性能和可快速充放电的钠离子电池。
优选地，所述NiPS3纳米片的制备包括：先通过水热法在基底表面生长Ni(OH)2纳米片，再将硫粉和磷粉与所述Ni(OH)2纳米片发生化学气相反应得到所述NiPS3纳米片。
优选地，所述基底为氟掺杂的氧化铟锡导电玻璃FTO或氧化铟锡导电玻璃ITO，更优选氟掺杂的氧化铟锡导电玻璃FTO。目前，在碳布纤维基底上也能制备得到上述尺寸的NiPS3纳米片,但是不利于材料的收集并构筑钠离子电池负极。
优选地，所述化学气相反应在双温区管式炉中进行，将Ni(OH)2纳米片置于双温区管式炉的下游，红磷和硫的混合粉末置于双温区管式炉的上游，同时对下游和上游加热，所述双温区管式炉的下游温度为470～500℃，上游温度为110～300℃。
优选地，下游的加热方式为一步升温，升温至470-500℃，更优选为480℃。
优选地，上游的加热方式设置为两步升温，具体为：先在30min内升温至100～120℃，随后在5min内升温至270～300℃。此优选技术方案中，所述“随后”指：不进行保温，上一阶段升温结束后立刻进入下一阶段升温。
优选地，所述将Ni(OH)2纳米片置于双温区管式炉的下游，红磷和硫的混合粉末置于双温区管式炉的上游的方式为：
(A)取2个一端封口且直径一大一小的石英管组成石英套管，直径小的石英管套入直径大的石英管内部，直径小的石英管和直径大的石英管的封口端在不同侧(即分别在石英套管的两端)；
(B)直径大的石英管和直径小的石英管的长度均为加热温区之间距离的(0.8～1.2)倍，这样的目的是保证化学气相反应的充分进行；
其中，所述加热温区之间距离为：下游的加热源和上游的加热源之间的距离，比如下游的热电偶和上游的热电偶之间的距离；
(C)放置Ni(OH)2纳米片，并保证Ni(OH)2纳米片位于双温区管式炉的下游；将红磷和硫的混合粉末置于直径小的石英管的封口端，并保证红磷和硫的混合粉末位于双温区管式炉的上游；
其中，当Ni(OH)2纳米片为生长在FTO基底表面的Ni(OH)2纳米片时，生长有Ni(OH)2纳米片的FTO基底一半位于直径小的石英管的开口端内部，另一半位于外部；当Ni(OH)2纳米片为无基底负载的粉末时，Ni(OH)2纳米片位于直径大的石英管的封口端。
优选地，所述直径小的石英管的开口端与直径大的石英管的封口端在同一侧，且间距为1～1.5cm。
优选地，所述双温区管式炉中通有纯度为99.999wt％的氩气(即高纯氩气)，所述氩气的流量优选为20～35sccm。
优选地，通入氩气之前，对管式炉体系进行抽真空处理，并在化学气相反应过程中维持石英管内压强为60～100Pa(这种条件下呈低压状态)，所述抽真空处理使用的装置为机械泵。
优选地，所述化学气相反应的时间为60～120min。
优选地，所述通过水热法在基底表面生长Ni(OH)2纳米片具体包括：将基底浸入镍源和六亚甲基四胺的水溶液中，于80～105℃进行水热反应。
优选地，所述水热反应的温度为80～100℃，进一步优选为100℃。
优选地，所述水热反应的时间为8～12h，进一步优选为10h。
优选地，所述镍源为六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和/或六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)。
优选地，所述镍源的浓度为2.5mM，所述六亚甲基四胺的浓度为5mM。
优选地，还包括在水热反应结束后进行洗涤和干燥的步骤。
优选地，所述干燥在鼓风干燥箱中完成，所述干燥的温度优选为60～80℃。
作为所述NiPS3纳米片制备的进一步优选方案，包括以下步骤：
(1)将基底浸入镍源和六亚甲基四胺的水溶液中，于80～100℃进行水热反应，反应结束后将产物洗涤并干燥，得到生长在基底表面的Ni(OH)2纳米片；
(2)将生长在基底表面的Ni(OH)2纳米片置于直径小的石英管的开口端(即直径大的石英管的封口端，直径小的石英管和直径大的石英管均一端封口，且直径小的石英管套在直径大的石英管的内部，二者的封口端在不同侧)，红磷和硫的混合粉末置于直径小的石英管的封口端，并保证生长在基底表面的Ni(OH)2纳米片位于双温区管式炉的下游，红磷和硫的混合粉末位于双温区管式炉的上游，对管式炉体系进行抽真空处理，随后通入纯度为99.999wt％的氩气，通入量为20～35sccm，保持该流量持续至反应结束；
(3)将下游设置为一步升温，上游设置为两步升温，同时对下游和上游加热，进行60～120min化学气相反应，然后自然冷却，得到生长在基底表面的NiPS3纳米片；
其中，下游一步升温的温度为：470～500℃；上游两步升温为：先在30min内升温至100～120℃，随后在5min内升温至270～300℃。
(4)将NiPS3纳米片从基底表面刮下。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件可任意组合。
优选地，所述NaCF3SO3在所述二甘醇二甲醚中的浓度为1mol/L。
本发明还提供一种钠离子电池，负极材料包括NiPS3纳米片，所述NiPS3纳米片的厚度为5～20nm，横向尺寸为5～12μm；优选地，所述NiPS3纳米片的厚度为6～12nm，横向尺寸为5～10μm。
上述技术方案中，所述钠离子电池包括纽扣电池、软包电池等，其绿色安全，电化学性能优异，作为未来规模储能材料具有很大的优势。
优选地，电解质为溶解NaCF3SO3的二甘醇二甲醚。该钠离子电池电化学性能更好，可实现快速充放电。
优选地，所述NaCF3SO3在所述二甘醇二甲醚中的浓度为1mol/L。
本发明将高质量的NiPS3纳米片应用于钠离子电池中作为负极材料，同时以相匹配的NaCF3SO3/二甘醇二甲醚为电解质，可有效抑制充放电过程中厚SEI膜的形成，得到具有高电容量、高倍率性能和可快速充放电的钠离子电池。在优选方案下，电流密度为0.5A g-1时，钠离子电池的首圈放电容量为3867mAhg-1；电流密度为20Ag-1时，钠离子电池的首圈放电容量为1536mAhg-1，220个循环周期后，电池容量保持率为80％；电流密度持续由5Ag-1、10Ag-1、20Ag-1、30Ag-1、40Ag-1逐步增加时，钠离子电池充放电容量为1691、1554、1445、1386、1328mAhg-1，表现出卓越的倍率性能和快速充放电性能。本发明提供的钠离子电池可为纽扣电池、软包电池等，绿色安全，作为未来规模储能材料具有很大的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制得的NiPS3纳米片在FTO玻璃表面的扫描电镜图；
图2为实施例1制得的单个NiPS3纳米片的透射电镜图；
图3为实施例1制得的单个NiPS3纳米片的原子分辨的高角环形暗场透射电镜图；
图4为实施例1制得的单个NiPS3纳米片的原子力显微镜图；
图5为应用例1中电池的第一、第二和第五圈循环伏安扫描测试曲线图；
图6为应用例1中电池在不同电流密度(0.5，1，5，10，20，30，40A g-1)下的第五圈充放电曲线图；
图7为应用例1中电池的倍率性能测试图；
图8为应用例2中电池的第一、第二和第五圈循环伏安扫描测试曲线图；
图9为应用例3中电池的第一、第二和第五圈循环伏安扫描测试曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种NiPS3纳米片，其制备方法包括以下步骤：
(1)将干净FTO玻璃(尺寸2cm×2cm)浸入30mL 2.5mM Ni(NO3)2·6H2O和5mM六亚甲基四胺(HMT)的混合溶液中，然后置于50mL的聚四氟乙烯反应釜中加热至100℃反应10h，待反应结束后，取出样品洗涤并60℃烘干备用，得到均匀分布在FTO玻璃表面的Ni(OH)2纳米片；
(2)将生长在FTO玻璃表面的Ni(OH)2纳米片和红磷/硫混合粉末分别置于两石英套管的封口端，并将Ni(OH)2纳米片置于双温区管式炉的下游加热区(T2温区)，红磷/硫混合粉末置于上游加热区(T1温区)，用机械泵对管式炉体系进行抽真空处理，随后通入高纯氩气25sccm，并保持该流量持续至反应结束，将T2温区的温度在30min内升至480℃，同时，将T1温区进行两步加热，首先在30min内升温至110℃，随后在5min内升温至270℃，保持反应时长90min，然后自然冷却，得到生长在FTO玻璃表面的NiPS3纳米片；
(3)将生长在FTO玻璃表面的NiPS3纳米片用小刀片刮下收集。
图1为本实施例制得的NiPS3纳米片在FTO玻璃(2cm×4cm)表面的扫描电镜图，从图中可看出NiPS3纳米片均匀地垂直分布在FTO玻璃表面。图2为单个NiPS3纳米片的透射电镜图，图3为单个NiPS3纳米片的原子分辨的高角环形暗场透射电镜图，从图中可以看出所制备的NiPS3纳米片具有高质量的结晶性。图4为单个NiPS3纳米片的原子力显微镜图，从图中可以得到该纳米片的厚度约为10.8nm。
实施例2
本实施例提供一种NiPS3纳米片，其制备方法包括以下步骤：
(1)将干净FTO玻璃浸入30mL 2.5mM Ni(NO3)2·6H2O和5mM六亚甲基四胺(HMT)的混合溶液中，然后置于50mL的聚四氟乙烯反应釜中加热至100℃反应10h，待反应结束后，取出样品洗涤并60℃烘干备用，得到均匀分布在FTO玻璃表面的Ni(OH)2纳米片；
(2)将生长在FTO玻璃表面的Ni(OH)2纳米片和红磷/硫混合粉末分别置于两石英套管的封口端，并将Ni(OH)2纳米片置于双温区管式炉的下游加热区(T2温区)，红磷/硫混合粉末置于上游加热区(T1温区)，用机械泵对管式炉体系进行抽真空处理，随后通入高纯氩气30sccm，并保持该流量持续至反应结束，将T2温区的温度在30min内升至450℃，同时，将T1温区进行两步加热，首先在30min内升温至110℃，随后在5min内升温至270℃，保持反应时长60min，然后自然冷却，得到生长在FTO玻璃表面的NiPS3纳米片；
(3)将生长在FTO玻璃表面的NiPS3纳米片用小刀片刮下收集。
实施例3
本实施例提供一种NiPS3纳米片，其制备方法包括以下步骤：
(1)将干净FTO玻璃浸入30mL 2.5mM Ni(NO3)2·6H2O和5mM六亚甲基四胺(HMT)的混合溶液中，然后置于50mL的聚四氟乙烯反应釜中加热至100℃反应10h，待反应结束后，取出样品洗涤并60℃烘干备用，得到均匀分布在FTO玻璃表面的Ni(OH)2纳米片；
(2)将生长在FTO玻璃表面的Ni(OH)2纳米片和红磷/硫混合粉末分别置于两石英套管的封口端，并将Ni(OH)2纳米片置于双温区管式炉的下游加热区(T2温区)，红磷/硫混合粉末置于上游加热区(T1温区)，用机械泵对管式炉体系进行抽真空处理，随后通入高纯氩气30sccm，并保持该流量持续至反应结束，将T2温区的温度在30min内升至470℃，同时，将T1温区进行两步加热，首先在30min内升温至110℃，随后在5min内升温至280℃，保持反应时长120min，然后自然冷却，得到生长在FTO玻璃表面的NiPS3纳米片；
(3)将生长在FTO玻璃表面的NiPS3纳米片用小刀片刮下收集。
实施例4
本实施例提供一种NiPS3纳米片，其制备方法包括以下步骤：
(1)将干净FTO玻璃浸入30mL 2.5mM Ni(NO3)2·6H2O和5mM六亚甲基四胺(HMT)的混合溶液中，然后置于50mL的聚四氟乙烯反应釜中加热至100℃反应10h，待反应结束后，取出样品洗涤并60℃烘干备用，得到均匀分布在FTO玻璃表面的Ni(OH)2纳米片；
(2)将生长在FTO玻璃表面的Ni(OH)2纳米片和红磷/硫混合粉末分别置于两石英套管的封口端，并将Ni(OH)2纳米片置于双温区管式炉的下游加热区(T2温区)，红磷/硫混合粉末置于上游加热区(T1温区)，用机械泵对管式炉体系进行抽真空处理，随后通入高纯氩气30sccm，并保持该流量持续至反应结束，将T2温区的温度在30min内升至500℃，同时，将T1温区进行两步加热，首先在30min内升温至110℃，随后在5min内升温至300℃，保持反应时长120min，然后自然冷却，得到生长在FTO玻璃表面的NiPS3纳米片；
(3)将生长在FTO玻璃表面的NiPS3纳米片用小刀片刮下收集。
应用例1
按质量比7:2:1称取实施例1所得NiPS3纳米片、碳黑导电剂(Super P)和聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂，混合后真空干燥12h，然后将其溶于适量的N,N’-甲基吡咯烷酮溶液中，混合均匀后涂覆于铜片表面，制成钠离子电池负极片；在氩气气氛的手套箱中，以金属钠片为正极片，玻璃纤维滤膜(GF/A)为隔膜，1mol/L的NaCF3SO3/二甘醇二甲醚(diglyme)为电解质，组装成纽扣电池。
在0.01～2.8V电压范围，对该电池进行充放电测试。图5为电池在相同扫速0.2mV/s下的第一、第二和第五圈循环伏安扫描测试曲线图。其中，第一圈和其他圈数的循环伏安曲线峰位与强度有稍微差异，但第二圈以后曲线趋于稳定，且电流强度并没有发生明显的下降，说明实施例1所得NiPS3纳米片在NaCF3SO3/二甘醇二甲醚(diglyme)电解质中可实现稳定的充放电性能，并没有厚的SEI膜形成而阻止钠离子的进一步嵌入和脱出过程。
当电流密度为0.5Ag-1时，钠离子电池的首圈放电容量为3867mAhg-1；当电流密度为20Ag-1时，钠离子电池的首圈放电容量为1536mAhg-1。图6为电池在不同电流密度下的第五圈充放电曲线图，图中从右到左电流密度依次为0.5、1、5、10、20、30、40A/g，可以看出，当电流密度为0.5A/g时，钠离子电池的放电容量为3483mAh/g；当电流密度为20A/g时，钠离子电池的放电容量为1438mAh/g；当电流密度为40A/g时，钠离子电池的放电容量为1325mAh/g，展现了突出的大电流放电能力。
图7为电池的倍率性能测试图。由图可知，在电流密度逐步由5A/g增加到40A/g时，该钠离子电池的电容量由1691mAh/g降低至1328mAh/g，保持了78.5％的高倍率性能，同时当电流密度变为5A/g时，电容量又增加至1538mAh/g，说明实施例1所得NiPS3纳米片在NaCF3SO3/二甘醇二甲醚(diglyme)电解质中具有高容量、高倍率性能和优异稳定性的特点，NaCF3SO3/二甘醇二甲醚(diglyme)电解质为实施例1所得NiPS3纳米片相匹配的电解质。
应用例2
按质量比7:2:1称取实施例1所得NiPS3纳米片、碳黑导电剂(Super P)和聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂，混合后真空干燥12h，然后将其溶于适量的N,N’-甲基吡咯烷酮溶液中，混合均匀后涂覆于铜片表面，制成钠离子电池负极片；在氩气气氛的手套箱中，以金属钠片为正极片，玻璃纤维滤膜(GF/A)为隔膜，1mol/L的NaCF3SO3/碳酸丙烯酯PC为电解质，组装成纽扣电池。
在0.01～2.8V电压范围，对该电池进行充放电测试。图8为电池在相同扫速0.2mV/s下的第一、第二和第五圈循环伏安扫描测试曲线图。其中，第一圈和其他圈数的循环伏安曲线的峰位、峰强有显著的差异，到第五圈扫描测试时，电流强度骤然下降，表明该钠离子电池容量的快速衰减，说明实施例1所得NiPS3纳米片在NaCF3SO3/碳酸丙烯酯PC电解质中无法实现稳定的充放电性能，在充放电的过程中，材料表面会形成厚的SEI膜从而阻碍钠离子的嵌入和脱出过程，进而使其电容量有显著的下降。
应用例3
按质量比7:2:1称取实施例1所得NiPS3纳米片、碳黑导电剂(Super P)和聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂，混合后真空干燥12h，然后将其溶于适量的N,N’-甲基吡咯烷酮溶液中，混合均匀后涂覆于铜片表面，制成钠离子电池负极片；在氩气气氛的手套箱中，以金属钠片为正极片，玻璃纤维滤膜(GF/A)为隔膜，1mol/L的NaPF6/EC-DEC-5％FEC为电解质，组装成纽扣电池。
在0.01～2.8V电压范围，对该电池进行充放电测试。图9为电池在相同扫速0.2mV/s下的第一、第二和第五圈循环伏安扫描测试曲线图。其中，第一圈和其他圈数的循环伏安曲线的峰位、峰强有显著的差异，到第五圈扫描测试时，电流强度骤然下降，表明该钠离子电池容量的快速衰减，说明实施例1所得NiPS3纳米片在NaPF6/EC-DEC-5％FEC电解质中无法实现稳定的充放电性能，在充放电的过程中，材料表面会形成厚的SEI膜从而阻碍钠离子的嵌入和脱出过程，进而使其电容量有显著的下降。
综上可知，本发明实施例所制备的高质量的NiPS3纳米片可作为钠离子电池的负极活性材料，其与NaCF3SO3/二甘醇二甲醚电解质具有优异的匹配度，可有效抑制充放电过程中厚SEI膜的形成，从而得到具有高电容量、高倍率性能和优异稳定性且可快速充放电的钠离子电池。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用，其特征在于，以所述NiPS3纳米片作为钠离子电池的负极材料或负极材料中的一种，以溶解NaCF3SO3的二甘醇二甲醚为电解质。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述NiPS3纳米片的厚度为5～20nm，横向尺寸为5～12μm；优选地，所述NiPS3纳米片的厚度为6～12nm，横向尺寸为5～10μm。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述NiPS3纳米片的制备包括：先通过水热法在基底表面生长Ni(OH)2纳米片，再将硫粉和磷粉与所述Ni(OH)2纳米片发生化学气相反应得到所述NiPS3纳米片。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述基底为氟掺杂的氧化铟锡导电玻璃或氧化铟锡导电玻璃，优选氟掺杂的氧化铟锡导电玻璃。
5.根据权利要求3或4所述的应用，其特征在于，所述化学气相反应在双温区管式炉中进行，将所述Ni(OH)2纳米片置于双温区管式炉的下游，红磷和硫的混合粉末置于双温区管式炉的上游，同时对下游和上游加热，所述双温区管式炉的下游温度为470～500℃，上游温度为110～300℃。
6.根据权利要求3～5任一项所述的应用，其特征在于，所述通过水热法在基底表面生长Ni(OH)2纳米片具体包括：将基底浸入镍源和六亚甲基四胺的水溶液中，于80～105℃进行水热反应，优选地，所述镍源的浓度为2.5mM，所述六亚甲基四胺的浓度为5mM。
7.根据权利要求1～6任一项所述的应用，其特征在于，所述NaCF3SO3在所述二甘醇二甲醚中的浓度为1mol/L。
8.一种钠离子电池，其特征在于，负极材料包括NiPS3纳米片，所述NiPS3纳米片的厚度为5～20nm，横向尺寸为5～12μm；优选地，所述NiPS3纳米片的厚度为6～12nm，横向尺寸为5～10μm。
9.根据权利要求8所述的钠离子电池，其特征在于，电解质为溶解NaCF3SO3的二甘醇二甲醚。
10.根据权利要求9所述的钠离子电池，其特征在于，所述NaCF3SO3在所述二甘醇二甲醚中的浓度为1mol/L。
CN201811240276.1A 2018-10-23 2018-10-23 NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用及钠离子电池 Pending CN111092224A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811240276.1A CN111092224A (zh) 2018-10-23 2018-10-23 NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用及钠离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811240276.1A CN111092224A (zh) 2018-10-23 2018-10-23 NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用及钠离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111092224A true CN111092224A (zh) 2020-05-01

Family

ID=70391578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811240276.1A Pending CN111092224A (zh) 2018-10-23 2018-10-23 NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用及钠离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111092224A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113903886A (zh) * 2021-11-15 2022-01-07 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及包括该负极片的锂离子电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107117659A (zh) * 2017-06-08 2017-09-01 国家纳米科学中心 高质量超薄六方NiPS3纳米片及其大面积制备方法
CN108417805A (zh) * 2018-03-16 2018-08-17 广东工业大学 一种锂离子/钠离子电池复合负极材料、负极及其电池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107117659A (zh) * 2017-06-08 2017-09-01 国家纳米科学中心 高质量超薄六方NiPS3纳米片及其大面积制备方法
CN108417805A (zh) * 2018-03-16 2018-08-17 广东工业大学 一种锂离子/钠离子电池复合负极材料、负极及其电池

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
QINGHUA LIANG等: "General and Scalable Solid-State Synthesis of 2D MPS3 (M =Fe, Co, Ni) Nanosheets and Tuning Their Li/Na Storage Properties", 《SMALL METHODS》 *
SHENG HUANG等: "Pseudocapacitive Sodium Storage by Ferroelectric Sn2P2S6 with Layered Nanostructure", 《SMALL》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113903886A (zh) * 2021-11-15 2022-01-07 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及包括该负极片的锂离子电池
CN113903886B (zh) * 2021-11-15 2023-02-28 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及包括该负极片的锂离子电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108649190B (zh) 具有三维多孔阵列结构的垂直石墨烯/钛铌氧/硫碳复合材料及其制备方法和应用
CN106229498B (zh) 一种适用于水系金属离子电池的负极材料及其制备方法
CN110993908A (zh) 一种垂直石墨烯/二氧化锰复合材料及其制备方法和应用
CN109399601B (zh) 一种氮磷共掺杂生物炭材料的制备方法和用途
CN108598394B (zh) 碳包覆磷酸钛锰钠微米球及其制备方法和应用
CN106099095B (zh) 氟氮共掺杂碳包覆钛酸锂纳米片的制备方法
CN107634206B (zh) 一种锂离子电池柔性负极材料及其制备方法
CN106887579B (zh) 碳包覆的磷酸钛钾纳米颗粒及其制备方法和应用
CN113381010A (zh) 一种电化学一站式制备铝离子电池用Mxenes正极材料的方法
CN112072101A (zh) 一种硼掺杂MXene材料及其制备方法
CN114520323A (zh) 一种双策略改性层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法和应用
CN111916734B (zh) 铬基硫硒化物正极材料及其制备方法和应用
CN115057485A (zh) 一种非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法和应用
CN114975964A (zh) 一种聚吡咯包覆二氧化锡/纳米碳球负极材料及其制备方法和钠离子电池
CN109003827B (zh) 一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法和应用
CN110459752B (zh) 一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用
CN111092224A (zh) NiPS3纳米片在钠离子电池中的应用及钠离子电池
CN110350152B (zh) 石墨炔/二氧化锰纳米片阵列材料及其制备方法和应用
CN115536000B (zh) 一种表面具有石墨包覆层的硬碳材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用
CN114551891B (zh) 一种二硫化锡/二氧化钛/碳复合材料及其制备方法和应用
CN115092962B (zh) 一种二氧化钼/碳复合电极材料及其制备方法与应用
Yin et al. Synthesis and electrochemical performance of Li3–2xMgxV2 (PO4) 3/C composite cathode materials for lithium-ion batteries
CN114094063B (zh) 一种利用空腔前驱体与zif衍生物相结合制备电池负极材料的方法
CN111403746B (zh) 一种基于生物材料基底的柔性N/SnOx@rGO复合材料及其制备方法和应用
CN103700826B (zh) 超薄预锂化v6o13纳米片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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200501

RJ01 Rejection of invention patent application after publication