一种电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种电极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的电极材料中，将二硫化铼纳米片和梭型结构的FeS

【技术实现步骤摘要】
一种电极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于电极材料
，具体涉及一种电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
为了实现低碳经济和可持续发展，需要探索新的储能材料。在这些新型材料中，金属有机框架化合物(MetalorganicFramework，简称MOFs)是一类多孔材料，这类材料由于具有超高的比表面积、可控的结构、大的孔隙体积和可调节的孔隙度，在储能和转换系统中得到了越来越多的应用。除了原始的MOFs外，多孔碳和纳米结构金属氧化物等MOF衍生物在储能和转换应用中也具有很好的性能。其中，MIL-88是一种多面体形状的特殊MOFs材料，常被用作电池阳极材料的前驱体。MIL-88也是一种特殊的MOFs材料，具有铁元素。通常将MIL-88进行后续操作，例如将MIL-88进行氧化、硫化磷化等操作后分别得到氧化铁、硫化铁和磷化铁等化合物。这些铁基化合物作为电池阳极材料，由于铁基化合物具有较好的导电率，能使电池具有很好的电池容量。铁是地壳中含量最丰富的过渡金属元素(约占了所有过渡金属的84％)，自然界中的铁普遍以氧化态的形式存在，氧化态中的铁元素化合价分布广泛，从-2到+7都有。铁基化合材料的形态结构呈多样化，可以形成在不同电压范围内的各个铁基材料的电化学活性。铁基材料还具有无毒无害、成本低和资源丰富等多种优势，是解决能源问题的优异材料，因此与铁相联系的电极材料也具有很好的应用前景。单纯的硫化铁作为电极材料，性能比较单一，同时还存在一些无法克服的影响性能的因素，这些因素容易导致电池的性能不好甚至导致容量降低，使用寿命减少等问题。例如，在电池的运行中材料会发生体积膨胀，而硫化物发生体积膨胀比较严重，因此需要增大材料和电解液的接触面积，增加材料表面的活性位点。相关技术中，通常是将MIL-88置于管式炉中进行煅烧，在不同的气体条件和操作条件下煅烧出不同的铁基化合物，但同时又保持了原来MIL-88的形貌，例如在空气中煅烧得到多面体形状的氧化铁，在惰性气体(例如氮气)的条件下与硫粉一起混合煅烧得到硫化铁化合物。这样得到的硫化铁化合物导电性能好，同时表面硫化铁表面粗糙且多孔，非常有利于电子和离子的传输传导，从而提高了电池的容量。然而，相关技术合成的纯FeS2在电池的运行中不稳定且容易发生膨胀，这样容易导致电池短路甚至影响电池的性能和使用寿命。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种电极材料，该电极材料包括梭型FeS2颗粒，以及负载于所述梭型FeS2颗粒上的ReS2纳米片，该电极材料具有稳定的形貌，在充放电过程中不易发生膨胀。本专利技术的第一方面提供了一种电极材料，包括FeS2，以及负载于所述FeS2上的ReS2纳米片。本专利技术的电极材料，至少具有以下有益效果：二硫化铼(化学式写成ReS2)是一种片状的材料，具有较宽的带间隙，这样的特性能够允许钠离子更好的嵌入和脱出。本专利技术将二硫化铼纳米片和梭型结构的FeS2相结合，合成表面有片状结构ReS2的梭型FeS2颗粒。这种结构可以增大电解质与材料的接触面积，使得材料在电池运行中不容易发生膨胀，在提升性能的同时能够很好的保持结构的完整性。ReS2纳米片可以很容易生长在多孔碳质框架上，在作为电极材料时运作的过程中能够保持结构的完整性。同时ReS2纳米片具有独特的各向异性，拥有较大的插层空间，允许电子/离子快速转移，这样的特殊性质能够有效提升电池的性能。根据本专利技术的一些实施方式，所述ReS2纳米片垂直负载于梭型FeS2颗粒表面。根据本专利技术的一些实施方式，所述梭型FeS2颗粒的粒径范围是600nm～800nm。本专利技术的第二方面提供了制备上述电极材料的方法，包括以下步骤：S1：将MIL-88与硫粉混匀后在保护气氛下退火，得到FeS2；S2：将步骤S1制得的FeS2加入高铼酸铵、硫脲和盐酸氢胺的混合溶液中进行水热反应；S3：将步骤S2所得产物固液分离。根据本专利技术的一些实施方式，所述MIL-88宽度方向的尺寸可以为100nm～300nm。根据本专利技术的一些实施方式，所述MIL-88宽度方向的尺寸可以为200nm。根据本专利技术的一些实施方式，所述MIL-88长度方向的尺寸可以为600nm～800nm。根据本专利技术的一些实施方式，所述MIL-88长度方向的尺寸可以为700nm。MIL-88的形貌与MIL-100和MIL-101不同，本专利技术采用MIL-88作为前驱体，可以制备出符合本专利技术形貌要求的材料。若采用其他MOF，无法制备出符合本专利技术形貌要求的材料。根据本专利技术的一些实施方式，所述MIL-88的制备方法可以为：(1)称取0.2g反丁烯二酸、0.6g硝酸铁于100mL烧杯中，加入40mLN，N-二甲基甲酰胺中充分搅拌溶解；(2)将混合溶液加入到100mL反应釜中，在120℃的的鼓风烘箱中加热2h；(3)将反应后的溶液取出，用离心机离心若干次，分别用蒸馏水和乙醇洗涤几次，之后将离心后得到的固体在真空烘箱中烘干过夜，烘箱温度保持在80℃，烘干后得到砖红色的MIL-88固体粉末。市售的MIL-88若规格近似，也可以达到相似的形貌效果。使用反丁烯二酸、硝酸铁和N，N-二甲基甲酰胺为原料制备的MIL-88，相比于其他原料制备的MIL-88，在相同的退火温度下不会容易破裂，能够保持形貌的完整性。根据本专利技术的一些实施方式，所述退火的温度为400℃～600℃。根据本专利技术的一些实施方式，退火的气氛为氮气。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中，具体方法可以为：称取MIL-88粉末大约100mg，再称取大约200mg硫粉，将两种粉末用研钵均匀混合，之后把混合粉末置于瓷舟中，在管式炉中进行退火，在管式炉开火前先用氮气通气20min，目的是将管式炉中的空气排尽。退火的温度可以为500℃，升温速度可以为5℃/min，反应的过程中持续通入氮气。该过程的原理是在一定温度下加热，使硫粉和MIL-88反应生成FeS2，反应过程中的环境气体为惰性气体，也可以为氮气，排除空气的原因是防止空气与MIL-88反应生成氧化铁。反应后可以生成梭型FeS2。步骤S1中，FeS2与硫粉混合退火，该过程也可以叫做硫化过程，是在没有空气的条件下使MIL-88中的Fe元素与硫粉发生反应生成FeS2化合物，同时本专利技术通过调控反应时间，使得反应之后的FeS2还保持MIL-88的形貌。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中，高铼酸铵、硫脲和盐酸氢胺的质量比为(3～5)：(5～7)：(2～4)。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中，高铼酸铵、硫脲和盐酸氢胺的质量比为4：6：3。根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中，高铼酸铵、硫脲和盐酸氢胺的配比范围可以是：在FeS2固体添加量为30mg的条件下，高铼酸铵50mg～70mg、硫脲90mg～110mg、盐酸氢胺35mg～50mg，反应时间为19h～21h，反应温度为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极材料，其特征在于，包括梭型FeS

【技术特征摘要】
1.一种电极材料，其特征在于，包括梭型FeS2颗粒，以及负载于所述梭型FeS2颗粒上的ReS2纳米片。


2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述梭型FeS2颗粒的粒径范围是600nm～800nm。


3.一种制备如权利要求1或2所述的电极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将MIL-88与硫粉混匀后在保护气氛下退火，得到FeS2；
S2：将步骤S1制得的FeS2加入高铼酸铵、硫脲和盐酸氢胺的混合溶液中进行水热反应；
S3：将步骤S2所得产物固液分离。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述MIL-88的宽度方向的尺寸为100nm～300nm，长度方向的尺寸为600nm～800n...

【专利技术属性】
技术研发人员：范浩森，林晋毅，郑文芝，刘芝婷，杨伟，黄卓伟，陈逊杰，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44