钠离子电池负极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钠离子电池技术领域,特别涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]钠离子电池是一种新型电化学电源,具有原材料资源丰富、成本较低、比容量和效率较高等优点,较为符合规模化储能应用要求,在提升大规模可再生能源并网接入能力、提高电能使用效率和电能质量方面具有应用潜力,同时由于其比容量高、质量轻、寿命长和无记忆性等显著优势,在航空航天、混合电动汽车以及便携式电子设备等领域也具有广泛的应用。在这一背景下,钠离子电池近年来引起全世界范围内的广泛关注,关键材料和相关技术研究进展迅速。但是相对锂离子而言,钠离子具有较大的离子半径(0.102nm vs.0.076nmof Li),这使得寻找合适的嵌钠材料具有一定难度。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于发明一种Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料的制备方法,其制备成本低、操作简单、制备周期短,获得的纳米片组装花状SnS2钠离子电池材料性能优异。
[0004]为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0005]—种Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0006]I)将SnCl4.5H20溶于去离子水中,配制成溶液A,并调节溶液A的pH = 5?9,将Ce(NO)3溶于去离子水中,配制成溶液B,将NaS.9H20溶于去离子水中,配制成溶液C;
[0007]2)将溶液B、溶液C和调解pH值后的溶液A按照Sn、S、Ce元素摩尔比nSn:ns:nCe=(1.0?2.5): (2.0?4.3):(0.005?0.01)的比例均匀混合,得到混合溶液D ;
[0008]3)将混合溶液D放入水热电沉积反应釜中,密封水热釜,进行电弧放电水热反应;
[0009]4)待反应釜反应结束并冷却后,过滤、分离、洗涤得到前驱体,将前躯体冷冻干燥得Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料。
[0010]进一步的,步骤I)中:溶液A中Sn的浓度为0.5?1.2moI/L;溶液B中Ce的浓度为
0.05 ?0.25mol/L;溶液C 中 S 的浓度为 0.8?3.0mol/L。
[0011 ] 进一步的,步骤3)中控制体积填充比50%?60%,反应温度控制在70?120°C,正负两极电压为800?1000V,脉冲占空比为50%,反应时间为I?3h。
[0012]进一步的,步骤4)中洗涤具体为采用去离子水、无水乙醇分别洗涤2?3次。
[0013]进一步的,步骤3)中冷冻干燥具体为:将所制备的前驱体在冷冻干燥机的冷冻室零下50-60°C冷冻4-5h,然后在真空干燥室室温下干燥10-12h。
[0014]进一步的,所述Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料为纳米片组装的花状结构,片层状厚度尺寸达到10?20nm,花球状直径为300?400nmo
[0015]进一步的,所述Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料在100mA/g的电流密度下,首次放电容量可达到1493mAh/g,循环50次后,容量保持在460mAh/g。
[0016]进一步的,具体包括以下步骤:
[0017]I)将SnCl4.5H20溶于去离子水中,配制成Sn浓度为0.5mol/L的溶液A,并调节溶液A的pH = 5,将Ce(NO)3溶于去离子水中,配制成Ce浓度为0.05mol/L的溶液B,将NaS.9H20溶于去离子水中,配制成S浓度为0.8mol/L的溶液C;
[0018]2)将调解pH值后的溶液A、溶液C和溶液B按照Sn、S、Ce元素摩尔比nSn:ns:nce=1.0:2.0:0.005的比例均匀混合,得到混合溶液D ;
[0019]3)将混合溶液D放入水热电沉积反应釜中,密封水热釜,控制体积填充比50%,反应温度控制在70°C,正负两极电压为1000V,脉冲占空比为50%,采用电弧放电水热反应Ih后关闭电源;
[0020]4)待反应釜冷却后,经过滤、离心分离,采用去离子水、无水乙醇分别洗涤2次,得到前驱体,将所制备的前驱体在冷冻干燥机的冷冻室零下50°C冷冻5h,然后在真空干燥室室温下干燥1h即得到Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料。
[0021]一种Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料的制备方法所制备的Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料。
[0022 ]相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
[0023]本发明制备的Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料为纳米片组装的花状结构,片层状厚度尺寸达到10?20nm,花球状直径约为300?400nm,纯度高、结晶性强、形貌均匀;在100mA/g的电流密度下,其首次放电容量可达到1493mAh/g,循环50次后,容量保持在460mAh/g,在大电流密度下具有较高的容量保持率,将其应用于钠离子电池负极具有优异的充放电倍率性能。
[0024]本发明采用均相水热技术,由于支架的旋转使得水热反应釜中的介质得到充分的搅拌,因而反应速度快,反应充分彻底,产物结晶性强、形貌特殊、晶粒生长可控且尺寸分布均匀、分散性好,它消除了传统加热方式的热量损失,具有加热速度快、加热均匀无温度梯度、无滞后效应等特点。
【附图说明】
[0025]图1是本发明例I所制备Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料的SEM图。
【具体实施方式】
[0026]实施例1
[0027]一种Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0028]I)将SnCl4.5H20溶于去离子水中,配制成Sn浓度为0.5mol/L的溶液A,并调节溶液A的pH = 5,将Ce(NO)3溶于去离子水中,配制成Ce浓度为0.05mol/L的溶液B,将NaS.9H20溶于去离子水中,配制成S浓度为0.8mol/L的溶液C;
[0029]2)将溶液B、溶液C和调解pH值后的溶液A按照Sn、S、Ce元素摩尔比nSn:ns:nce=1.0:
2.0:0.005的比例均匀混合,得到混合溶液D ;
[0030]3)将混合溶液D放入水热电沉积反应釜中,密封水热釜,控制体积填充比50%,反应温度控制在70°C,正负两极电压为1000V,脉冲占空比为50%,采用电弧放电水热反应Ih后关闭电源;
[0031]4)待反应釜冷却后,经过滤、离心分离,采用去离子水、无水乙醇分别洗涤2次,得到前驱体,将所制备的前驱体在冷冻干燥机的冷冻室零下50°C冷冻5h,然后在真空干燥室室温下干燥1h即得到Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料。
[0032]图1是本发明例I所制备Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料的SEM图。从图1中可以看出所制备样品片层状厚度尺寸约为10?20nm,花球状直径约为300?400nmo
[0033]实施例2
[0034]一种Ce掺杂SnS2钠离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0035]I)将SnCl4.5H20溶于去离子水中,配制成Sn浓度为0.9mol/L的溶液A,并调节溶液A的pH = 7,将Ce(NO)3溶于去离子水中,配制成Ce浓度为0.25mol/L的溶液B,将NaS.9H20溶于去离子水中,配制成S浓度为2.0mol/L的溶液C;
[0036]2)将溶液B、溶液C和调解pH值后的溶液A按照Sn、S、Ce元素摩尔比nSn:ns:nce=1.8:4.3:0.01的比例均匀混合,得到混合溶液D;
[0037]3)将混合溶液D放入水热电沉积反应釜中,密封水热釜,控制体积填充比60%,反应温度控制在1