一种锂电池用铁硫负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池用铁硫负极材料的制备方法，所述方法采用具有特殊微纳结构的铁醇盐空心球在合适的硫化烧结温度下制备高性能铁硫化合物，既能得到结晶度较高的铁硫化合物，有利于发生储锂反应；本发明专利技术通过碳氮的复合，提高了活性物质的导电性，另外，氮掺杂的碳层与铁硫化合物之间的空腔为活性物质嵌/脱锂时体积的膨胀提供了有效空间，防止了铁硫化合物的粉化团聚。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池用铁硫负极材料的制备方法
本专利技术涉及电池材料领域，具体涉及一种锂电池用铁硫负极材料的制备方法。
技术介绍
近年来，国内新能源汽车行业发展迅速，电池种类丰富多样，市场对电池的需求和要求逐渐增加。其最关心的关键指标主要集中在五大方面：安全稳定性能、循环寿命、耐宽温性、充电速度和能量密度。当今，锂离子电池在社会发展中的作用越来越高。因此，开发高性能、绿色环保的电极材料成为锂离子电池的研究热点。目前锂离子电池负极材料以石墨化碳材料为主，但碳材料存在以下不足：（1）首次放电过程中生成SEI膜，造成不可逆容量损失，甚至引起碳电极内部结构变化和接触不良；（2）高温时因为保护层的分解，导致电池失效或引起安全性事故；（3）单位体积容量相对较低。由于金属、金属氧化物及其复合材料具有高的比容量，因此它们成为锂离子电池负极材料的替代品，具有较大的发展潜力。金属硫化物黄铁矿（FeS2）以其能量密度高（890mAh/g）、结构稳定、安全无毒无污染以及价格低廉，受到了研究学者的重视，是一种极具应用前景的锂电池负极材料。但是铁硫化合物作为负极材料存在自身电导率较低、在循环过程中形成的多硫化物易溶解于电解液和在充放电过程中体积增大导致材料结构严重破坏等缺点，造成在循环过程中的稳定性和倍率性能都较差，大大阻碍了它们在现实生活中的应用。纳米材料因为具有特殊的形貌和尺寸而使得其具有特异的性质，通过一些特殊的结构设计可以解决上述铁硫化合物作为负极材料面对的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种锂电池用铁硫负极材料的制备方法，所述方法采用具有特殊微纳结构的铁醇盐空心球在合适的硫化烧结温度下制备高性能铁硫化合物，既能得到结晶度较高的铁硫化合物，有利于发生储锂反应；本专利技术通过碳氮的复合，提高了活性物质的导电性，另外，氮掺杂的碳层与铁硫化合物之间的空腔为活性物质嵌/脱锂时体积的膨胀提供了有效空间，防止了铁硫化合物的粉化团聚。为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂电池用铁硫负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备铁硫化合物材料将可溶性铁盐溶于醇与胺的混合溶液中得到铁盐混合溶液，其中可溶性铁盐为氯化铁或硫酸铁，醇与胺的混合溶液中醇为乙二醇或丙二醇，醇与胺的混合溶液中胺为乙二胺或丙二胺，其中铁盐混合溶液中可溶性铁盐的浓度为0.0015-0.002mmol/L；将铁盐混合溶液转移至反应釜中于200-250℃进行溶剂热反应10-24h得到具有特殊微纳空心球结构的铁醇盐混合物；将铁醇盐混合物离心分离，用有机溶剂多次洗涤后得到具有特殊微纳空心球结构的浅绿色铁醇盐，再置于烘箱中干燥，其中有机溶剂为无水乙醇、丙酮、环己烷、二甲亚砜或四氢呋喃中的一种或多种；将干燥后的铁醇盐置于管式炉中，在含硫气体气氛或惰性气体和含硫气体的混合气氛下，以5-8℃/min的升温速率升温至400-500℃反应4-6h，自然冷却后得到铁硫化合物；（2）制备氧化硅包覆铁硫化合物前驱体将60重量份的铁硫化合物分散在150-180重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的混合液中，超声搅拌10-60min，然后在搅拌条件下加入2-4重量份氨水和0.2-0.3重量份正硅酸四乙酯，继续搅拌8-14h，离心、洗涤，即获得氧化硅包覆铁硫化合物前驱体；（3）将获得的氧化硅包覆铁硫化合物前驱体分散在100重量份乙醇中，然后加入1-2重量份的高分子表面活性剂，搅拌20-30h，离心、洗涤；将洗涤后氧化硅包覆铁硫化合物前驱体分散于80重量份去离子水中，然后加入0.3-0.35重量份吡咯单体，超声45-50min，再在搅拌条件下逐滴加入50重量份浓度为20-25mmol/L的引发剂溶液，最后聚合反应4-12h，离心、洗涤、干燥；（4）将所述干燥后的产物置于惰性气体氛围中，以5℃-8℃/min的升温速率升温至570℃-630℃，退火1-3h，使聚吡咯碳化；将所述碳化后的产物放入碱性溶液中进行刻蚀，以去除SiO2，即得到铁硫负极材料。优选的，所述高分子表面活性剂为聚丙烯酸胺、羟乙基纤维素和聚氧乙烯类共聚物中的至少一种；所述引发剂为过硫酸铵、重铬酸钾和碘酸钾中的至少一种。本专利技术具有如下优点和显著效果：（1）所述方法采用具有特殊微纳结构的铁醇盐空心球在合适的硫化烧结温度下制备高性能铁硫化合物，既能得到结晶度较高的铁硫化合物，有利于发生储锂反应；（2）本专利技术通过碳氮的复合，提高了活性物质的导电性，另外，氮掺杂的碳层与铁硫化合物之间的空腔为活性物质嵌/脱锂时体积的膨胀提供了有效空间，防止了铁硫化合物的粉化团聚。具体实施方式实施例一将可溶性铁盐溶于醇与胺的混合溶液中得到铁盐混合溶液，其中可溶性铁盐为氯化铁，醇与胺的混合溶液中醇为乙二醇，醇与胺的混合溶液中胺为乙二胺，其中铁盐混合溶液中可溶性铁盐的浓度为0.0015mmol/L；将铁盐混合溶液转移至反应釜中于200℃进行溶剂热反应10h得到具有特殊微纳空心球结构的铁醇盐混合物。将铁醇盐混合物离心分离，用有机溶剂多次洗涤后得到具有特殊微纳空心球结构的浅绿色铁醇盐，再置于烘箱中干燥，其中有机溶剂为无水乙醇。将干燥后的铁醇盐置于管式炉中，在含硫气体气氛或惰性气体和含硫气体的混合气氛下，以5℃/min的升温速率升温至400℃反应4h，自然冷却后得到铁硫化合物。将60重量份的铁硫化合物分散在150重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的混合液中，超声搅拌10min，然后在搅拌条件下加入2-4重量份氨水和0.2重量份正硅酸四乙酯，继续搅拌8h，离心、洗涤，即获得氧化硅包覆铁硫化合物前驱体。将获得的氧化硅包覆铁硫化合物前驱体分散在100重量份乙醇中，然后加入1重量份的高分子表面活性剂，搅拌20h，离心、洗涤；将洗涤后氧化硅包覆铁硫化合物前驱体分散于80重量份去离子水中，然后加入0.3重量份吡咯单体，超声45min，再在搅拌条件下逐滴加入50重量份浓度为20mmol/L的引发剂溶液，最后聚合反应4h，离心、洗涤、干燥；将所述干燥后的产物置于惰性气体氛围中，以5℃/min的升温速率升温至570℃，退火1h，使聚吡咯碳化；将所述碳化后的产物放入碱性溶液中进行刻蚀，以去除SiO2，即得到铁硫负极材料。其中，所述高分子表面活性剂为聚丙烯酸胺、羟乙基纤维素和聚氧乙烯类共聚物中的至少一种；所述引发剂为过硫酸铵、重铬酸钾和碘酸钾中的至少一种。实施例二将可溶性铁盐溶于醇与胺的混合溶液中得到铁盐混合溶液，其中可溶性铁盐为硫酸铁，醇与胺的混合溶液中醇为丙二醇，醇与胺的混合溶液中胺为丙二胺，其中铁盐混合溶液中可溶性铁盐的浓度为0.002mmol/L；将铁盐混合溶液转移至反应釜中于250℃进行溶剂热反应24h得到具有特殊微纳空心球结构的铁醇盐混合物。将铁醇盐混合物离心分离，用有机溶剂多次洗涤后得到具有特殊微纳空心球结构的浅绿色铁醇盐，再置于烘箱中干燥，其中有机溶剂为无水乙醇、丙酮、环己烷、二甲亚砜或四氢呋喃中的一种或多种。将干燥后的铁醇盐置于管式炉中，在含硫气体气氛或惰性气体和含硫气体的混合气氛下，以8℃/min的升温速率升温至500℃反应6h，自然冷却后得到铁硫化合物。将60重量份的铁硫化合物分散在180重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的混合液中，超声搅拌60min，然后在搅拌条件下加入4重量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池用铁硫负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备铁硫化合物材料将可溶性铁盐溶于醇与胺的混合溶液中得到铁盐混合溶液，其中可溶性铁盐为氯化铁或硫酸铁，醇与胺的混合溶液中醇为乙二醇或丙二醇，醇与胺的混合溶液中胺为乙二胺或丙二胺，其中铁盐混合溶液中可溶性铁盐的浓度为0.0015‑0.002mmol/L；将铁盐混合溶液转移至反应釜中于200‑250℃进行溶剂热反应10‑24h得到具有特殊微纳空心球结构的铁醇盐混合物；将铁醇盐混合物离心分离，用有机溶剂多次洗涤后得到具有特殊微纳空心球结构的浅绿色铁醇盐，再置于烘箱中干燥，其中有机溶剂为无水乙醇、丙酮、环己烷、二甲亚砜或四氢呋喃中的一种或多种；将干燥后的铁醇盐置于管式炉中，在含硫气体气氛或惰性气体和含硫气体的混合气氛下，以5‑8℃/min的升温速率升温至400‑500℃反应4‑6h，自然冷却后得到铁硫化合物；（2）制备氧化硅包覆铁硫化合物前驱体将60重量份的铁硫化合物分散在150‑180重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的混合液中，超声搅拌10‑60min，然后在搅拌条件下加入2‑4重量份氨水和0.2‑0.3重量份正硅酸四乙酯，继续搅拌8‑14h，离心、洗涤，即获得氧化硅包覆铁硫化合物前驱体；（3）将获得的氧化硅包覆铁硫化合物前驱体分散在100重量份乙醇中，然后加入1‑2重量份的高分子表面活性剂，搅拌20‑30h，离心、洗涤；将洗涤后氧化硅包覆铁硫化合物前驱体分散于80重量份去离子水中，然后加入0.3‑0.35重量份吡咯单体，超声45‑50min，再在搅拌条件下逐滴加入50重量份浓度为20‑25mmol/L的引发剂溶液，最后聚合反应4‑12h，离心、洗涤、干燥；（4）将所述干燥后的产物置于惰性气体氛围中，以5℃‑8℃/min的升温速率升温至570℃‑630℃，退火1‑3h，使聚吡咯碳化；将所述碳化后的产物放入碱性溶液中进行刻蚀，以去除SiO2，即得到铁硫负极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种锂电池用铁硫负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备铁硫化合物材料将可溶性铁盐溶于醇与胺的混合溶液中得到铁盐混合溶液，其中可溶性铁盐为氯化铁或硫酸铁，醇与胺的混合溶液中醇为乙二醇或丙二醇，醇与胺的混合溶液中胺为乙二胺或丙二胺，其中铁盐混合溶液中可溶性铁盐的浓度为0.0015-0.002mmol/L；将铁盐混合溶液转移至反应釜中于200-250℃进行溶剂热反应10-24h得到具有特殊微纳空心球结构的铁醇盐混合物；将铁醇盐混合物离心分离，用有机溶剂多次洗涤后得到具有特殊微纳空心球结构的浅绿色铁醇盐，再置于烘箱中干燥，其中有机溶剂为无水乙醇、丙酮、环己烷、二甲亚砜或四氢呋喃中的一种或多种；将干燥后的铁醇盐置于管式炉中，在含硫气体气氛或惰性气体和含硫气体的混合气氛下，以5-8℃/min的升温速率升温至400-500℃反应4-6h，自然冷却后得到铁硫化合物；（2）制备氧化硅包覆铁硫化合物前驱体将60重量份的铁硫化合物分散在150-180重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的混合液中，超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：苏州思创源博电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32