[发明专利]一种钠离子电池石墨烯/Sb2S3/碳复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，涉及一种钠离子电池石墨烯/Sb₂S₃/碳复合材料的制备方法。

背景技术

随着社会的发展，人们对能量的需求越来越多，而石油天然气等不可再生能源正在变得枯竭，出现的新型能源(风能、太阳能)又是不连续的，因此需要储能器件来储存能量。人们对于电池的研究越来越多，锂离子电池已经得到商业化，并广泛应用于手机，电脑等便携式产品中。社会的快速发展也使得人们对锂离子电池的需求越来越大，因此也对锂离子电池的性能要求越来越高,既要保证良好的安全性和循环稳定性，又要满足在大规摸应用时尤其是在大电流充放电时具有良好的倍率性能。但是锂资源在地球上的分布并不均匀，并且锂的价格正在上升，使锂离子电池成本升高。而与锂处于同一主族的钠和锂具有相似的理化性质，并且钠资源丰富，分布广泛，价格比较低，因此,钠离子电池的原料价格远低于锂离子电池的材料。综上所述，开发钠离子电池用以作为锂离子电池的潜在补充方案非常合理而极具可行性，因而受到了人们的广泛关注。

钠离子电池不能商业化的原因之一就是负极材料不能提供较好的循环稳定性和高倍率性能，由于钠离子半径大于锂离子半径，传统商品化的锂离子负极材料石墨层间距过小，并不适合钠离子的嵌入和脱出，需要具有更大层间距或孔隙的碳材料及合金等其它储钠材料。目前，有希望储钠的负极材料有以下碳材料、合金材料、金属氧化物和金属硫化物等几类。

金属硫化物作为钠离子电池负极材料时，先是与钠发生转化反应，生成金属单质，紧接着发生合金化反应，因此可以转移较多的电子，具有较高的理论比容量，因此收到了人们的广泛关注。经研究，Sb₂S₃具有储钠性能，当其作为钠离子电池负极材料时，1molSb₂S₃可以转移12mol的电子，具有946mAh·g^-1的理论比容量，比目前商业化的石墨负极材料的理论比容量(372mAh·g^-1)高了574mAh·g^-1，因此研究它具有一定的意义。然而，该类材料一方面具有较低的导电性，另一方面，其在充放电过程中体积变化较大，结构极易被破坏，导致循环性能较差。针对这个问题，人们对其做了一些研究，研究发现，将金属硫化物和碳材料复合，利用碳材料的高导电性和多孔结构，可以缓解这类材料所存在的一些问题。

发明内容

本发明的目的是针对Sb₂S₃作为钠离子电池负极材料所存在的一些问题，提供了一种Gr/Sb₂S₃/C复合材料的制备方法，本发明通过简单的水热方法，制备出Gr/Sb₂S₃/C复合材料，并将其应用到钠离子电池负极材料，充分结合硫化锑的高比容量，石墨烯的高导电性高比表面积以及无定形碳的多孔结构，制备出容量高，库伦效率高的复合材料。

本发明的技术方案：

一种钠离子电池石墨烯/Sb₂S₃/碳复合材料的制备方法，步骤如下：

将氧化石墨加入到乙二醇溶剂中，超声分散，得到GO分散液，将SbCl₃溶解在乙二醇中，搅拌混合，再与GO分散液混合，得到SbCl₃-GO前驱液，将硫源加入到SbCl₃-GO前驱液中，进行溶剂热反应，将得到的材料洗涤，干燥得到固体，所得的固体溶解在12ml乙二醇中，加入碳源，搅拌1.5-2.5h，继续溶剂热反应，反应温度为180℃，反应时间为10h，得到复合材料前驱体，洗涤干燥后在管式炉中惰性气氛保护下煅烧，得到石墨烯/Sb₂S₃/碳复合材料复合材料。

所述的氧化石墨是通过修改后的Hummers制备，氧化石墨分散液的浓度范围为1mg·ml^-1～10mg·ml^-1。

所述超声分散用超声波清洗器，参数条件为：20-40℃，超声1-4h。

所述的硫源为硫代乙酰胺、硫脲、Na₂S、硫粉、L-半胱氨酸、L-半胱氨酸盐酸盐、Na2S₂O₃，加入的硫源与SbCl₃的摩尔比例为4:1—3:2。

所述的溶剂热温度为150-220℃，反应时间为8-20h。