[发明专利]一种五硫化二锑基材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种五硫化二锑基材料及其制备方法和应用，涉及钾离子电池负极领域。该方法是将钴氮共掺杂碳材料与五硫化二锑置于球磨罐中，得到预混材料；将预混材料和球磨珠混合得到五硫化二锑基材料。本发明还提供上述制备方法得到的五硫化二锑基负极材料。本发明还提供上述五硫化二锑基负极材料作为负极材料在钾离子电池中的应用。本发明中钴的引入有效地改善了五硫化二锑的电化学反应活性，氮掺杂形成的缺陷提升了整体材料的导电性，同时碳基体对五硫化二锑的分散作用也有利于缓解因体积膨胀导致的活性物质的团聚粉化；它们共同作用极大提高了材料的初始库伦效率、转化反应可逆性和循环稳定性。本发明的机械球磨法简单易行，便于大规模生产。

技术领域

本发明涉及钾离子电池负极材料领域，具体涉及一种钾离子电池用五硫化二锑基材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂资源的短缺和社会电力存储需求的增长迫使人们寻找新的替代储能材料。钾离子电池(PIBs)由于地壳中钾资源丰富、氧化还原能力与金属锂相近、成本低廉等特点，近年来在储能研究中得到广泛应用。在对于钾离子电池负极的研究中，主要以碳基材料、合金类材料、金属硫化物和氧化物材料为主，但这些材料都存在电化学动力学缓慢、材料脱嵌钾过程中体积膨胀严重、首次库伦效率低等问题，严重限制了他们的发展。

五硫化二锑材料具有导电性好和理论比容量高等优势，十分有希望成为高性能的钾离子电池负极材料。然而，它也存在着体积膨胀大、转化反应可逆性差而引起首次库伦效率低、输出容量低和循环稳定性差等问题。当前对此的研究还相对较少，专利CN107611408A公开了一种利用水热法制备Sb₂S₅-GF复合材料，该材料用于钠离子电池表现出了优异的电化学性能。专利CN107123552A公开了一种含五硫化二锑的复合材料用于超级电容器电极，具有较高的比容量和长循环寿命。但将五硫化二锑材料用于钾离子电池负极还暂无报道。因此，将具有优越电化学性能潜力的五硫化二锑材料用于钾离子储存的研究十分有意义，同时简单易行的制备方法也有利于大规模生产，这两种优势的结合有利于五硫化二锑基负极材料的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的五硫化二锑材料用于钾离子电池负极时无法释放出其优越电化学性能的问题，而提供一种钾离子电池用五硫化二锑基材料及其制备方法和应用。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种五硫化二锑基材料的制备方法，包括以下步骤:

步骤一：将二甲基咪唑与六水合硝酸钴分别溶于溶剂中，再将两种溶液混合均匀，静置，得到金属有机钴材料ZIF-67；

步骤二：将步骤一得到的金属有机钴材料ZIF-67置于惰性气氛的管式炉中进行退火处理，得到钴氮共掺杂碳材料CoNC；

步骤三：将步骤二中得到的钴氮共掺杂碳材料CoNC与五硫化二锑置于球磨罐中，得到预混材料；

步骤四：将步骤三得到的预混材料和球磨珠混合，得到五硫化二锑基材料Sb₂S₅/CoNC。

优选的是，所述步骤一的二甲基咪唑与六水合硝酸钴的质量比为3.24:1.43。

优选的是，所述的步骤二退火处理的温度为500-650℃，退火时间为1-3h，升温速率为5度每分钟。

优选的是，所述步骤三中CoNC与五硫化二锑的质量比为(0-0.4)：(0.1-0.5)。

优选的是，所述步骤三的五硫化二锑的尺寸为50-150nm。

优选的是，所述的步骤四中的球磨珠为二氧化锆材质。

优选的是，所述的步骤四中球磨珠与预混材料的球料比为(20：1)～(100：1)。