技术摘要：
本发明涉及一种碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料及其制备方法，通过水热原位生长法制备碳布负载的镍前驱体纳米片，对前驱体进行聚苯胺的包覆之后，在氮气密闭气氛下进行硫化得到碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料。其中二硫化镍纳米片是由10～15纳米的二 全部
背景技术：
目前锂离子电池因其较高能量密度和充放电循环稳定性受到了广泛的关注，并实 现了商业化应用。随着锂离子电池量产的增加，有限的锂储量、昂贵的价格等问题日益凸 显。开发一种原料来源广泛、价格较低、性能较好的新型电池迫在眉睫。便携式充电设备和 电动汽车(EV)的快速发展，其核心组件所需新型高性能储能器件及相关材料的开发越来越 受到高度重视。一种电池体系可以应用到实际生产生活中，需满足以下几个条件：高安全 性；长循环寿命；高能量密度；高功率密度；低成本等。铝离子电池作为一种新型的多价离子 电池体系，因其带有三个正电荷、高的体积容量和质量容量、储量丰富等优势，成为一种有 前途的替代品。铝离子半径 远小于锂离子 但因其所带的三个电荷，其与 正极材料之间存在强烈的库伦作用，造成其嵌入率低和迁移均较为缓慢，且极化大，导致可 逆容量和倍率性能较低。寻找合适的正极材料成为亟待解决的关键性问题。 过渡金属氧化物、硫化物和硒化物等均在铝离子电池中进行了研究。这类材料具 有较高的容量，但由于铝离子电荷密度较大和电解液适配等问题，大多数物质其结构在循 环过程中由于嵌入未知的复合离子会引起结构的崩塌和体积膨胀，放电平台较低，多数材 料放电容量较低，放电不稳定且在放电过程中容量有急剧衰减的现象，可逆性较差，且很多 物质与离子液体会有未知的副反应。所有这些因素会导致电化学性能较差，阻碍高能量密 度的铝离子电池的发展。过渡金属硫化物如硫化镍，由于镍具有多种价态，具有较高的理论 比容量，并且这种物质成本较低对环境友好，被视为有前景的铝离子电池正极材料。近年 来，硫化镍和二硫化三镍作为铝离子正极材料已被研究，但二硫化镍作为铝离子正极材料 还未被报道。且根据目前铝离子电池的相关研究发现，活性物质有着较大的比表面积且在 充放电过程中微观结构不发生破坏对电化学性能有着重要的影响。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供的，目的在于提供一种的 碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料及其制备方法，其工艺简单，并在铝离子电池 的电化学测试中具有优良性能。 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米 片复合材料，其由10～15纳米的NiS2小颗粒组装而成，所述的纳米片厚度为10～50纳米，表 面包覆有2～3纳米的碳层。 所述的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料的制备方法，包括如下步骤： 3 CN 111584840 A 说 明 书 2/6 页 1)将六水合硝酸镍和六亚甲基四胺溶解在去离子水中，搅拌至完全溶解； 2)将碳布放入步骤1)所得溶液中，进行水热反应； 3)将步骤2)所得产物清洗，烘干，得到前驱体Ni(OH)2-CF； 4)将苯胺和酒石酸溶解到去离子水中，加入步骤3)所得到的前驱体，在冰水浴中 超声； 5)在步骤4)所得溶液中，加入预先在冰水中冷却的过硫酸铵水溶液，将该体系置 于冰水浴中； 6)将步骤5)所得产物清洗，烘干，得到碳布负载的聚苯胺包覆镍前驱体复合材料 Ni(OH)2@PANI-CF； 7)将步骤6)中所得碳布负载的聚苯胺包覆镍前驱体复合材料与升华硫混合后进 行煅烧，即得到碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料NiS2@PANI-CF。 按上述方案，步骤1)所述的六水硝酸镍为0.9～2 .3g，六亚甲基四胺为0.56～ 1.4g。 按上述方案，步骤2)所述的水热温度为100℃，时间为8～10h。 按上述方案，步骤4)所述的苯胺酒石酸的量为：苯胺：酒石酸：前驱体Ni(OH)2-CF ＝3～10mol:5mol:3mol，去离子水为150ml，冰水浴超声20～40min。 按上述方案，步骤5)所述的过硫酸铵水溶液浓度为0.2～0.3mol L-1，体积为50～ 60mL，冰水浴反应时间为4～6h。 按上述方案，步骤7)所述的碳布负载的聚苯胺包覆镍前驱体复合材料与升化硫的 质量比为1：4；煅烧温度为250～300℃，煅烧气氛为氮气，煅烧时间为2～3h。 所述的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料作为铝离子电池正极材料的 应用。 本发明的合成机理是：基于晶粒成核-生长的机制，在二硫化镍的水热合成过程 中，碳布的引入，使二硫化镍纳米片可均匀在其上进行负载。 本发明的有益效果是：本发明利用纳米片具有较大的比表面积的优势，通过水热 原位生长法制备碳布负载的镍前驱体纳米片，对前驱体进行聚苯胺的包覆之后，在氮气密 闭气氛下进行硫化得到碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料，进行铝离子电化学性 能测试时，具有长寿命、优异的循环稳定性、高倍率等优异性能。该材料作为铝离子电池正 极材料时，在200mAg-1电流密度下进行测试，循环150次后放电比容量仍高达112mAh g-1，表 现出优异的循环性能。在300mA g-1较大电流密度下进行恒流放电测试结果表明，循环1500 次后放电比容量仍保持在70mAh g-1，具有较好的长循环性能。在不同电流密度下对其倍率 进行测试均有很好的容量保持率。测试结果表明该碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合 材料可作为长寿命、优异的循环稳定性、高倍率铝离子电池正极材料的潜在应用材料。 附图说明 图1是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料的X射线衍射 光谱图(XRD)； 图2是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料的扫描电镜 图(SEM)； 4 CN 111584840 A 说 明 书 3/6 页 图3是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料透射电镜图 (TEM)； 图4是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料在200mA g-1 电流密度下的电池循环性能图； 图5是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料在300mA g-1 电流密度下的电池循环性能图； 图6是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料在不同电流 密度下的电池循环倍率性能图。
本发明涉及一种碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料及其制备方法，通过水热原位生长法制备碳布负载的镍前驱体纳米片，对前驱体进行聚苯胺的包覆之后，在氮气密闭气氛下进行硫化得到碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料。其中二硫化镍纳米片是由10～15纳米的二 全部
背景技术：
目前锂离子电池因其较高能量密度和充放电循环稳定性受到了广泛的关注，并实 现了商业化应用。随着锂离子电池量产的增加，有限的锂储量、昂贵的价格等问题日益凸 显。开发一种原料来源广泛、价格较低、性能较好的新型电池迫在眉睫。便携式充电设备和 电动汽车(EV)的快速发展，其核心组件所需新型高性能储能器件及相关材料的开发越来越 受到高度重视。一种电池体系可以应用到实际生产生活中，需满足以下几个条件：高安全 性；长循环寿命；高能量密度；高功率密度；低成本等。铝离子电池作为一种新型的多价离子 电池体系，因其带有三个正电荷、高的体积容量和质量容量、储量丰富等优势，成为一种有 前途的替代品。铝离子半径 远小于锂离子 但因其所带的三个电荷，其与 正极材料之间存在强烈的库伦作用，造成其嵌入率低和迁移均较为缓慢，且极化大，导致可 逆容量和倍率性能较低。寻找合适的正极材料成为亟待解决的关键性问题。 过渡金属氧化物、硫化物和硒化物等均在铝离子电池中进行了研究。这类材料具 有较高的容量，但由于铝离子电荷密度较大和电解液适配等问题，大多数物质其结构在循 环过程中由于嵌入未知的复合离子会引起结构的崩塌和体积膨胀，放电平台较低，多数材 料放电容量较低，放电不稳定且在放电过程中容量有急剧衰减的现象，可逆性较差，且很多 物质与离子液体会有未知的副反应。所有这些因素会导致电化学性能较差，阻碍高能量密 度的铝离子电池的发展。过渡金属硫化物如硫化镍，由于镍具有多种价态，具有较高的理论 比容量，并且这种物质成本较低对环境友好，被视为有前景的铝离子电池正极材料。近年 来，硫化镍和二硫化三镍作为铝离子正极材料已被研究，但二硫化镍作为铝离子正极材料 还未被报道。且根据目前铝离子电池的相关研究发现，活性物质有着较大的比表面积且在 充放电过程中微观结构不发生破坏对电化学性能有着重要的影响。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供的，目的在于提供一种的 碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料及其制备方法，其工艺简单，并在铝离子电池 的电化学测试中具有优良性能。 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米 片复合材料，其由10～15纳米的NiS2小颗粒组装而成，所述的纳米片厚度为10～50纳米，表 面包覆有2～3纳米的碳层。 所述的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料的制备方法，包括如下步骤： 3 CN 111584840 A 说 明 书 2/6 页 1)将六水合硝酸镍和六亚甲基四胺溶解在去离子水中，搅拌至完全溶解； 2)将碳布放入步骤1)所得溶液中，进行水热反应； 3)将步骤2)所得产物清洗，烘干，得到前驱体Ni(OH)2-CF； 4)将苯胺和酒石酸溶解到去离子水中，加入步骤3)所得到的前驱体，在冰水浴中 超声； 5)在步骤4)所得溶液中，加入预先在冰水中冷却的过硫酸铵水溶液，将该体系置 于冰水浴中； 6)将步骤5)所得产物清洗，烘干，得到碳布负载的聚苯胺包覆镍前驱体复合材料 Ni(OH)2@PANI-CF； 7)将步骤6)中所得碳布负载的聚苯胺包覆镍前驱体复合材料与升华硫混合后进 行煅烧，即得到碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料NiS2@PANI-CF。 按上述方案，步骤1)所述的六水硝酸镍为0.9～2 .3g，六亚甲基四胺为0.56～ 1.4g。 按上述方案，步骤2)所述的水热温度为100℃，时间为8～10h。 按上述方案，步骤4)所述的苯胺酒石酸的量为：苯胺：酒石酸：前驱体Ni(OH)2-CF ＝3～10mol:5mol:3mol，去离子水为150ml，冰水浴超声20～40min。 按上述方案，步骤5)所述的过硫酸铵水溶液浓度为0.2～0.3mol L-1，体积为50～ 60mL，冰水浴反应时间为4～6h。 按上述方案，步骤7)所述的碳布负载的聚苯胺包覆镍前驱体复合材料与升化硫的 质量比为1：4；煅烧温度为250～300℃，煅烧气氛为氮气，煅烧时间为2～3h。 所述的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料作为铝离子电池正极材料的 应用。 本发明的合成机理是：基于晶粒成核-生长的机制，在二硫化镍的水热合成过程 中，碳布的引入，使二硫化镍纳米片可均匀在其上进行负载。 本发明的有益效果是：本发明利用纳米片具有较大的比表面积的优势，通过水热 原位生长法制备碳布负载的镍前驱体纳米片，对前驱体进行聚苯胺的包覆之后，在氮气密 闭气氛下进行硫化得到碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料，进行铝离子电化学性 能测试时，具有长寿命、优异的循环稳定性、高倍率等优异性能。该材料作为铝离子电池正 极材料时，在200mAg-1电流密度下进行测试，循环150次后放电比容量仍高达112mAh g-1，表 现出优异的循环性能。在300mA g-1较大电流密度下进行恒流放电测试结果表明，循环1500 次后放电比容量仍保持在70mAh g-1，具有较好的长循环性能。在不同电流密度下对其倍率 进行测试均有很好的容量保持率。测试结果表明该碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合 材料可作为长寿命、优异的循环稳定性、高倍率铝离子电池正极材料的潜在应用材料。 附图说明 图1是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料的X射线衍射 光谱图(XRD)； 图2是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料的扫描电镜 图(SEM)； 4 CN 111584840 A 说 明 书 3/6 页 图3是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料透射电镜图 (TEM)； 图4是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料在200mA g-1 电流密度下的电池循环性能图； 图5是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料在300mA g-1 电流密度下的电池循环性能图； 图6是本发明实施例1的碳布负载的碳包覆二硫化镍纳米片复合材料在不同电流 密度下的电池循环倍率性能图。
