熔鹽法制備硫摻雜硬碳納米片及其在鈉離子電池中的應(yīng)用的制作方法

本發(fā)明屬于鈉離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域，具體涉及熔鹽法制備硫摻雜硬碳納米片及其在鈉離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鋰離子電池具有能量密度大、電壓高和循環(huán)壽命長等顯著優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。但是隨著鋰離子電池的大量制造應(yīng)用，鋰（碳酸鋰）的價格不斷上升，且鋰的資源在地球中的儲量本身就比較少。鈉元素在地球上的儲量比鋰要豐富得多，金屬鈉來源廣泛且廉價，因而鈉離子電池近年來得到廣泛的關(guān)注。當(dāng)前，鈉離子電池因缺乏合適的負(fù)極材料而制約其應(yīng)用，開發(fā)性能優(yōu)異的鈉離子電池負(fù)極材料是當(dāng)然該領(lǐng)域的研究重點和難點。目前，硬碳材料被認(rèn)為是最有前景的鈉離子電池負(fù)極材料，但目前其倍率性能較差。

目前沒有熔鹽法制備硫摻雜硬碳納米片及其在鈉離子電池中的應(yīng)用相關(guān)專利報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了通過一步熔鹽法制備硫摻雜硬碳納米片，并將其作為鈉離子電池負(fù)極材料，表現(xiàn)出非常優(yōu)異的倍率性能。本發(fā)明用高溫混合熔鹽固相法，合成出硫摻雜碳納米片，其XRD結(jié)構(gòu)分析如圖1所示，從圖中可推算所合成材料的層間距約為0.39 nm，明顯比普通硬碳材料的層間距（0.36 nm）要大得多。經(jīng)掃描電鏡觀察，這種碳納米片厚度約為25-50 nm，片的大小約為400-600 nm。用此碳納米片作為鈉離子電池負(fù)極材料，結(jié)果表明其具有非常優(yōu)異的倍率充放電性能。在0.1A/g時，其可逆充電容量約為250 mAh·g^-1；在1A/g時，可逆容量為197 mAh·g^-1；大倍率2 A/g下，還能夠保持在185 mAh·g^-1 。

硫摻雜硬碳納米片的制備：將0.1-0.2 g的葡萄糖與0.1-0.2g的硫粉和2-4g的熔鹽（重量比LiCl/KCl=40-50/50-60）研磨充分，然后將混合均勻的反應(yīng)物放到剛玉舟內(nèi)，置于管式爐內(nèi)。在氬氣的氛圍內(nèi)，先300-400℃煅燒1-3 h，再550-750℃煅燒4-6 h，待冷卻到室溫取出樣品，洗滌并收集。

鈉離子電池組裝：按質(zhì)量比硫摻雜硬碳納米片：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝65-75：10-20：10-20混合研磨后均勻地涂在1.2 cm²的銅片上做正極，負(fù)極為金屬鈉，電解質(zhì)是1M NaClO₄的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。電池組裝在氬氣保護下手套箱里進行（氧氣和水分含量均低于1ppm）。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：本發(fā)明首次提供了硫摻雜硬碳納米片鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，所制備的碳材料跟普通的材料相比具有較大的層間距，利于鈉離子的嵌入和擴散，且其制備過程操作簡便、成本低、純度高、性能優(yōu)異，可以大量合成。用此碳納米片作為鈉離子電池負(fù)極材料，結(jié)果表明其具有非常優(yōu)異的倍率充放電性能。在0.1A/g時，其可逆充電容量約為250 mAh·g^-1；在1A/g時，可逆容量為197 mAh·g^-1；大倍率2 A/g下，還能夠保持在185 mAh·g^-1 。此產(chǎn)品還能推廣至其他能源和催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為實施例1硫摻雜硬碳納米片的XRD圖；

圖2為實施例1硫摻雜硬碳納米片的掃描電鏡圖；

圖3為實施例1硫摻雜硬碳納米片鈉離子電池的倍率性能圖。

具體實施方式

本發(fā)明用下列實施例來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于下列實施例。

實施例1

硫摻雜硬碳納米片的制備：將0.15g的葡萄糖與0.15g的硫粉和3g的熔鹽（重量比LiCl/KCl=45/55）研磨充分，然后將混合均勻的反應(yīng)物放到剛玉舟內(nèi)，置于管式爐內(nèi)。在氬氣的氛圍內(nèi)，先350℃煅燒2 h，再650℃煅燒5h，待冷卻到室溫取出樣品，洗滌并收集。

鈉離子電池組裝：按質(zhì)量比硫摻雜硬碳納米片：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：15：15混合研磨后均勻地涂在1.2 cm²的銅片上做正極，負(fù)極為金屬鈉，電解質(zhì)是1M NaClO₄的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。電池組裝在氬氣保護下手套箱里進行（氧氣和水分含量均低于1ppm）。

其XRD結(jié)構(gòu)分析如圖1所示，從圖中可推算所合成材料的層間距約為0.39 nm，明顯比普通硬碳材料的層間距（0.36 nm）要大得多。由圖2掃描電鏡觀察可知，這種碳納米片厚度約為25-50 nm，片的大小約為400-600 nm。用此碳納米片作為鈉離子電池負(fù)極材料，結(jié)果表明其具有非常優(yōu)異的倍率充放電性能。由圖3可知，在0.1A/g時，其可逆充電容量約為250 mAh·g^-1；在1A/g時，可逆容量為197 mAh·g^-1；大倍率2 A/g下，還能夠保持在185 mAh·g^-1。

實施例2

硫摻雜硬碳納米片的制備：將0.1 g的葡萄糖與0.1g的硫粉和2g的熔鹽（重量比LiCl/KCl=40/50）研磨充分，然后將混合均勻的反應(yīng)物放到剛玉舟內(nèi)，置于管式爐內(nèi)。在氬氣的氛圍內(nèi)，先300℃煅燒1 h，再550℃煅燒4 h，待冷卻到室溫取出樣品，洗滌并收集。

鈉離子電池組裝：按質(zhì)量比硫摻雜硬碳納米片：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝65：10：10混合研磨后均勻地涂在1.2 cm²的銅片上做正極，負(fù)極為金屬鈉，電解質(zhì)是1M NaClO₄的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。電池組裝在氬氣保護下手套箱里進行（氧氣和水分含量均低于1ppm）。

實施例3

硫摻雜硬碳納米片的制備：將0.2 g的葡萄糖與0.2g的硫粉和4g的熔鹽（重量比LiCl/KCl=50/60）研磨充分，然后將混合均勻的反應(yīng)物放到剛玉舟內(nèi)，置于管式爐內(nèi)。在氬氣的氛圍內(nèi)，先400℃煅燒3 h，再750℃煅燒6 h，待冷卻到室溫取出樣品，洗滌并收集。

鈉離子電池組裝：按質(zhì)量比硫摻雜硬碳納米片：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝75： 20：20混合研磨后均勻地涂在1.2 cm²的銅片上做正極，負(fù)極為金屬鈉，電解質(zhì)是1M NaClO₄的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。電池組裝在氬氣保護下手套箱里進行（氧氣和水分含量均低于1ppm）。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。