本發(fā)明屬于電極材料與電化學(xué)儲(chǔ)能器件，具體涉及一種高首效二硫化錫基一體化電極的制備與應(yīng)用。該一體化電極通過水熱法合成，應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，展現(xiàn)出高首效和高可逆容量的特點(diǎn)。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著人類對(duì)持續(xù)可靠能源供給的需求日益增長(zhǎng)，新能源技術(shù)如太陽能、核能、風(fēng)能、地?zé)崮芗吧镔|(zhì)能等得到了前所未有的發(fā)展。盡管它們各自為能源危機(jī)貢獻(xiàn)了一份力量，但這些能源共同面臨一個(gè)挑戰(zhàn)：無法實(shí)現(xiàn)能源的連續(xù)供應(yīng)，產(chǎn)能的不連續(xù)性促使人們對(duì)大型儲(chǔ)能裝置的研究進(jìn)展。鋰離子電池因具有高能量密度、長(zhǎng)壽命以及較低的自放電特性，獲得了廣泛應(yīng)用，已成為首選的能量存儲(chǔ)的首選器件。

2、二硫化錫（sns2）負(fù)極材料具有理論容量高、資源豐富等特點(diǎn)，能夠滿足高性能鋰離子電池的需求，成為當(dāng)前鋰離子電池負(fù)極材料研究的熱點(diǎn)。但sns2負(fù)極材料也存在一些缺點(diǎn)，例如，首次庫倫效率較低；在充放電過程中，體積變化較大，導(dǎo)致電極逐漸發(fā)生粉化；sns2的本證電子導(dǎo)電率較低，使得倍率性能不是很理想；同時(shí)在首次放電時(shí)，sns2還原生成單質(zhì)sn，容易發(fā)生聚集，導(dǎo)致sn的利用率降低，可逆容量衰減過快。

3、近年來，一類被稱為高熵材料（hem）的新型材料得到了快速發(fā)展和廣泛關(guān)注。hem起源于高熵合金，已經(jīng)擴(kuò)展到多個(gè)領(lǐng)域，如高熵催化劑、高熵陶瓷，同時(shí)也拓展到了電極材料，在高熵電極材料中多種元素?fù)诫s能產(chǎn)生‘雞尾酒效應(yīng)’，不同的金屬陽離子之間產(chǎn)生的協(xié)同作用能有效提高離子遷移率，從而有效提高材料的電化學(xué)性能。然而高熵二硫化錫基負(fù)極材料尚未見報(bào)道，因此研發(fā)高熵二硫化錫基材料并應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料中，對(duì)加快二硫化錫基負(fù)極材料具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)sns2存在的缺點(diǎn)，在導(dǎo)電碳布（cc）基底上直接生長(zhǎng)多元素?fù)诫s形成高熵的sn1-x(mofeconiv)xs2納米片，多元素?fù)诫s不僅促使材料的熵增加形成高熵材料，摻雜離子之間產(chǎn)生的協(xié)同作用能有效抑制充放電過程中錫的聚集，有效緩解體積變化問題，而且能夠增加納米片的層間距和形成豐富的缺陷，擴(kuò)大層間距有利于鋰離子的快速傳輸，缺陷為材料提供更多的儲(chǔ)鋰位點(diǎn)。一體化電極是直接在導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)活性材料，活性物質(zhì)與集流體直接接觸緊密、不易脫落，而且一體化電極不需要添加膠黏劑和導(dǎo)電劑，電極骨架結(jié)構(gòu)更開放，電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性更好。使用碳布作為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)生長(zhǎng)活性物質(zhì)，由導(dǎo)電基底碳布和超薄高熵sn1-x(mofeconiv)xs2納米片共同構(gòu)成的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，超薄納米片縮短了鋰離子的傳輸距離，為鋰離子的快速嵌入和脫嵌提供了充足的空間，電化學(xué)反應(yīng)中可以有效地傳遞電子，不僅提高首次庫倫效應(yīng)，而且提高了電池的可逆容量和循環(huán)穩(wěn)定性，從而提高電池的整體性能。

2、為了達(dá)到上述目的，通過簡(jiǎn)易的一步水熱法制備cc@sn1-x(mofeconiv)xs2一體化電極的步驟為：

3、（1）商業(yè)碳布剪成合適的小片，碳布在稀硝酸中超聲清洗，然后用去離子水和無水乙醇分別超聲清洗，干燥后用于下一步實(shí)驗(yàn)。

4、（2）sn、mo、fe、co、ni和v按照分子式中的比例分別稱取相應(yīng)的金屬鹽溶于去離子水中，攪拌溶解后，加入l-半胱氨酸繼續(xù)攪拌獲得混合溶液。

5、（4）將步驟（2）混合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，加入步驟（1）處理后所得碳布，將反應(yīng)釜密封，轉(zhuǎn)移到鼓風(fēng)干燥箱，升溫到160-180℃，然后恒溫反應(yīng)6-10小時(shí)，然后降溫到室溫。

6、（5）將步驟（4）反應(yīng)后的碳布用去離子水和無水乙醇超聲清洗，干燥后即可得到一體化電極cc@sn1-x(mofeconiv)xs2。

7、一體化電極能夠直接應(yīng)用于鋰離子電池中，無需添加膠黏劑和導(dǎo)電劑，這有利于提高電池的整體能量密度。本發(fā)明所涉及的制備條件簡(jiǎn)單，原料易得，易于擴(kuò)大生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種高首效二硫化錫基一體化電極，其特征在于：

2.一種如權(quán)利要求1所述二硫化錫基一體化電極的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1的二硫化錫基一體化電極，其特征在于，一體化電極無需添加膠黏劑和導(dǎo)電劑，可以直接作為鋰離子電池負(fù)極材料，并展現(xiàn)出高首效和高可逆容量的特點(diǎn)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高首效二硫化錫基一體化電極。通過一步水熱法在碳布上直接生長(zhǎng)多元素?fù)诫s二硫化錫基Sn<subgt;1?x</subgt;(MoFeCoNiV)<subgt;x</subgt;S<subgt;2</subgt;納米片制備一體化電極CC@Sn<subgt;1?x</subgt;(MoFeCoNiV)<subgt;x</subgt;S<subgt;2</subgt;，由于多元素?fù)诫s的協(xié)同作用以及一體化電極的特點(diǎn)，所獲得的一體化電極展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，原料易得，易于規(guī)?；a(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：盧鋒奇,楊镕彰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19