一种(101)晶面择优生长的SnS2纳米片负极材料的制备方法技术领域
本发明属于新能源材料和电化学领域，具体涉及一种新型以(101)晶面择优生长
的锂离子电池负极材料SnS2纳米片及其制备方法。
技术背景
能源是人类生存的物质基础和社会发展的经济基础。随着人类社会生产力的不断
发展，人们在日常生产和生活中对能源的需求急剧增多。为应对日益严重的能源短缺问题，
传统的一次电池逐渐被可重复使用的二次电池所替代。然而，传统的二次电池由于容量低、
安全性能差、循环寿命较短、对环境污染较为严重以及体积笨重不利于携带而逐渐被新型
的锂离子电池所取代。锂离子电池具有高电压、高能量密度、低自放电率、宽使用温度范围、
长循环寿命、环保、无记忆效应及大电流放电等优点。自1991年被Sony公司首先推向市场以
来，锂离子电池已经广泛地应用于手机、数码产品、笔记本电脑以及便捷式电子设备中，并
且逐步向电动自行车、电动汽车、新能源储能等领域拓展。
目前，商用的锂离子电池负极材料是石墨，其理论比容量仅372mAhg-1,已经无法满
足电动汽车以及混合动力车动力电池的需求，因此，迫切需要开发新型的具有高比容量的
负极材料。其中，SnS2理论容量高达1232mAh g-1，资源丰富，低毒，成本低廉等特点，近年来
受到了研究者们的广泛关注。然而，SnS2的导电性较差，从而造成其阶梯倍率性能不尽如人
意。这一问题严重阻碍了SnS2作为锂离子电池负极材料的实际应用。为解决上述问题，文献
中对SnS2的改进方法包括：通过减小颗粒尺寸，缩短锂离子的扩散路径，从而加快电极电化
学反应动力学；通过和碳基质进行复合，从而提高复合材料的电子电导。具有代表性的SnS2
基电极材料的研究工作包括：
(1)浙江大学DuNing教授研究小组采用水热法，以五水合四氯化锡为镍源，硫代乙
酰胺为硫源，制备了SnS2纳米片。测试其电化学性能，结果表明：在100mAg-1的电流密度下，
循环50次后其可逆比容量为513mAhg-1，相比于第一次循环的可逆容量，容量保持率为96％
(Chem.Commun.,2011,47,1270-1272)。该制备工艺得到的SnS2纳米片沿着[001]方向堆叠
生长，但表现出的比容量较低，其电化学性能有待进一步改善。
(2)清华大学Cao Huaqiang教授研究小组采用溶剂热并结合液相法，以硼氢化钠
为还原剂，合成出具有双三明治结构的二硫化锡/还原氧化石墨烯复合材料。将得到的复合
材料作为锂离子电池的负极材料进行性能测试，结果发现：在电流密度为120mAg-1时，首次
放电比容量为1032mAh g-1；循环30次后，其放电比容量为619mAh g-1(J.Mater.Chem.,
2012,22,23963-23970)。但该制备的复合材料倍率性能较差，且制备过程能耗大，成本较
高。
目前对于锂离子电池负极材料SnS2的改性研究，和碳基质复合多采用静电吸引、
表面包覆法，但此类方法制备的复合物的组分间的结合密切性较差，且复合碳基质大多采
用石墨烯、碳纳米管等，使得制备成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以(101)晶面择优生长的、具有优异倍率性能的锂离
子电池负极材料SnS2纳米片及其制备方法。
本发明提供了一种(101)晶面择优生长的SnS2纳米片的制备方法，其特征是采用
一步溶剂热法并添加表面活性剂聚乙二醇，制备出以(101)晶面为裸露表面的SnS2纳米片；
具体工艺步骤为：
(1)将一定摩尔比的锡盐溶解于一定量溶剂中，搅拌均匀形成澄清溶液，锡盐的浓
度控制在1×10-4～3×10-2mol L-1；选用有机硫源加入澄清溶液中，不断搅拌使有机硫源完
全溶解；再加入表面活性剂聚乙二醇搅拌均匀，有机硫源浓度控制在4×10-4～4×10-1mol
L-1，表面活性剂聚乙二醇浓度控制在2×10-3～5×10-1mol L-1。
(2)将步骤(1)中得到的溶液倒入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，于恒温箱内一
定温度下反应一定时间；
其中步骤(1)所述的锡盐为硝酸锡、氯化锡、硫酸锡或其结晶水化合物；所述的溶
剂为去离子水、无水乙醇、丙醇、甲醇中的一种或几种；所述的有机硫源是乙硫醇、丙烯硫
醇、硫脲、L-半胱氨酸；步骤(1)中所述的聚乙二醇是聚乙二醇200、聚乙二醇2000、聚乙二醇
6000、聚乙二醇12000中的一种或几种。
步骤(2)中恒温箱的温度为120～240℃；反应的时间为10～40h。
本研究采用纳米化改性措施，并且考虑到SnS2材料具有类石墨烯的层状结构，晶
体的生长方向对电化学性能影响较大。因此，本发明以无机锡盐为锡源，以有机硫化物为硫
源，以聚乙二醇为添加剂，通过简单的溶剂热法一步制备出以(101)晶面择优生长的SnS2纳
米片。这些以(101)晶面为裸露表面的纳米片，在充放电过程中可以提供充足的电化学活性
位点，并且缩短锂离子的扩散路径，加快电化学反应动力学，从而使得电极的倍率性能优
异：即使在大电流下电极也能表现出较高的可逆比容量；当测试电流恢复到初始电流，电极
的比容量也恢复到初始数值。
本发明的优点在于(101)晶面择优生长的SnS2纳米片的制备工艺简单易行，并可
以应用到其他层状物质的择优生长。此方法制备的(101)晶面择优生长的SnS2纳米片具有
优异的倍率性能，是一种潜在的高性能锂离子电池负极材料，有望广泛应用于各种便携式
电子设备、电动汽车以及航空航天等领域。
附图说明
图1是实施例1的(101)晶面择优生长的SnS2纳米片的扫描电镜图。
图2是实施例1的(101)晶面择优生长的SnS2纳米片的透射高分辨图。
图3是实施例1的(101)晶面择优生长的SnS2纳米片的倍率性能图。
图4是实施例2的(101)晶面择优生长的SnS2纳米片的扫描电镜图。
图5是实施例3的(101)晶面择优生长的SnS2纳米片的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但并不限定于本发明的保护范围：
实施例1：
称取0.3g五水合四氯化锡，将其溶解于70mL去离子水中，搅拌均匀形成澄清溶液；
称取0.1g L-半胱氨酸加入溶液中，搅拌均匀。然后称取0.5g聚乙二醇200并加入上述溶液
中，最后将得到的澄清溶液倒入100mL带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在120℃下反应
12h。将得到的产物离心分离并用去离子水和乙醇洗涤，然后在恒温干燥箱中70℃下烘干
8h，最终得到SnS2纳米片。将制得的70wt.％SnS2材料、15wt.％的乙炔黑和15wt.％的羧甲基
纤维素钠混合均匀，制成浆料，均匀涂覆在铜箔上，真空烘干后冲压为圆形电极极片，以金
属锂为对电极，1mol L-1LiPF6/EC+DEC+DMC(体积比为1:1:1)为电解液，Celgard2400为隔
膜，组装成纽扣电池。对电池进行阶梯倍率性能测试，充放电电压范围为0.01～3.0V，结果
表明：在0.1A g-1的电流密度下，可逆比容量为1100mAh g-1；在2A g-1的大电流密度下，可逆
比容量为850mAh g-1。
实施例2：
称取0.5g五水合四氯化锡，将其溶解于80mL去离子水中，搅拌均匀形成澄清溶液；
称取0.3g乙硫醇加入溶液中，搅拌均匀。然后称取0.5g聚乙二醇6000并加入上述溶液中，最
后将得到的澄清溶液倒入100mL带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在170℃下反应24h。将得
到的产物离心分离并用去离子水和乙醇洗涤，然后在恒温干燥箱中70℃下烘干8h，最终得
到SnS2纳米片。将制得的70wt.％SnS2材料、15wt.％的乙炔黑和15wt.％的羧甲基纤维素钠
混合均匀，制成浆料，均匀涂覆在铜箔上，真空烘干后冲压为圆形电极极片，以金属锂为对
电极，1mol L-1LiPF6/EC+DEC+DMC(体积比为1:1:1)为电解液，Celgard 2400为隔膜，组装成
纽扣电池。对电池进行阶梯倍率性能测试，充放电电压范围为0.01～3.0V，结果表明：在
0.1A g-1的电流密度下，可逆比容量为850mAh g-1；在2A g-1的大电流密度下，可逆比容量为
505mAh g-1。
实施例3：
称取0.5g五水合四氯化锡，将其溶解于80mL去离子水中，搅拌均匀形成澄清溶液；
称取0.3g乙硫醇加入溶液中，搅拌均匀。然后称取0.25g聚乙二醇6000并加入上述溶液中，
最后将得到的澄清溶液倒入100mL带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在170℃下反应24h。将
得到的产物离心分离并用去离子水和乙醇洗涤，然后在恒温干燥箱中70℃下烘干8h，最终
得到SnS2纳米片。将制得的70wt.％SnS2材料、15wt.％的乙炔黑和15wt.％的羧甲基纤维素
钠混合均匀，制成浆料，均匀涂覆在铜箔上，真空烘干后冲压为圆形电极极片，以金属锂为
对电极，1mol L-1LiPF6/EC+DEC+DMC(体积比为1:1:1)为电解液，Celgard 2400为隔膜，组装
成纽扣电池。对电池进行阶梯倍率性能测试，充放电电压范围为0.01～3.0V，结果表明：在
0.1A g-1的电流密度下，可逆比容量为600mAh g-1；在2A g-1的大电流密度下，可逆比容量为
409mAh g-1。
实施例4：
称取0.2g五水合四氯化锡，将其溶解于50mL去离子水中，搅拌均匀形成澄清溶液；
称取0.4g硫脲加入溶液中，搅拌均匀。然后称取0.6g聚乙二醇2000并加入上述溶液中，最后
将得到的澄清溶液倒入100mL带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在190℃下反应40h。将得到
的产物离心分离并用去离子水和乙醇洗涤，然后在恒温干燥箱中70℃下烘干8h，最终得到
SnS2纳米片。将制得的70wt.％SnS2材料、15wt.％的乙炔黑和15wt.％的羧甲基纤维素钠混
合均匀，制成浆料，均匀涂覆在铜箔上，真空烘干后冲压为圆形电极极片，以金属锂为对电
极，1mol L-1LiPF6/EC+DEC+DMC(体积比为1:1:1)为电解液，Celgard 2400为隔膜，组装成纽
扣电池。对电池进行阶梯倍率性能测试，充放电电压范围为0.01～3.0V，结果表明：在0.1A
g-1的电流密度下，可逆比容量为1000mAh g-1；在2A g-1的大电流密度下，可逆比容量为
750mAh g-1。
实施例5：
称取0.5g五水合四氯化锡，将其溶解于80mL去离子水中，搅拌均匀形成澄清溶液；
称取0.3g乙硫醇加入溶液中，搅拌均匀。然后称取1g聚乙二醇6000并加入上述溶液中，最后
将得到的澄清溶液倒入100mL带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在170℃下反应24h。将得到
的产物离心分离并用去离子水和乙醇洗涤，然后在恒温干燥箱中70℃下烘干8h，最终得到
SnS2纳米片。将制得的70wt.％SnS2材料、15wt.％的乙炔黑和15wt.％的羧甲基纤维素钠混
合均匀，制成浆料，均匀涂覆在铜箔上，真空烘干后冲压为圆形电极极片，以金属锂为对电
极，1mol L-1LiPF6/EC+DEC+DMC(体积比为1:1:1)为电解液，Celgard 2400为隔膜，组装成纽
扣电池。对电池进行阶梯倍率性能测试，充放电电压范围为0.01～3.0V，结果表明：在0.1A
g-1的电流密度下，可逆比容量为950mAh g-1；在2A g-1的大电流密度下，可逆比容量为
705mAh g-1。