具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料及其制备方法和锂离子电池，涉及电池材料技术领域。该金属硫化物/碳复合负极材料的制备方法，先将金属源、碳源和水形成的混合溶液进行加热，得到前驱体，再将前驱体和硫源进行煅烧，得到具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料；该制备方法仅通过加热

【技术实现步骤摘要】
具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池材料
，涉及一种具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]负极材料直接是决定锂离子电池容量、循环性能和倍率性能的重要因素。目前，市场上使用的负极材料主要是石墨负极以及硅碳负极材料等，但是其放电比容量和循环性能有限，很难满足下一代高性能锂离子电池的需求。因此，开发具有高放电比容量、优异循环性能和倍率性能负极材料是亟需解决的问题。
[0003]金属硫化物作为新一代的负极材料，具有较高的理论比容量和首圈库伦效率，受到了广泛的关注和研究，例如(中国专利申请CN109546139A、CN108281652A等)。但是在实际研究中发现，金属硫化物负极材料其导电性差且循环过程中有着较大的体积膨胀，会破坏电极结构的完性，导致循环性能和倍率性能较差。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足及缺陷，本专利技术旨在提供一种具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料及其制备方法和锂离子电池，该制备方法先将金属源、碳源和水形成的混合溶液进行加热，得到前驱体，再将前驱体和硫源进行煅烧，该制备方法仅通过加热
‑
煅烧步骤即可获得具有特定三维网状结构结构的金属硫化物/碳复合负极材料。
[0006]为了实现上述目的，采用如下的技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](a)提供金属源、碳源和水形成的混合溶液；其中，所述金属源包括硝酸金属盐或硝酸金属盐与其他盐类的复合；
[0009](b)对混合溶液进行加热，得到前驱体；
[0010](c)将前驱体和硫源于保护气氛中进行煅烧，得到具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料。
[0011]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，所述硝酸金属盐包括硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸锰、硝酸铅、硝酸铈、硝酸铝、硝酸镁、硝酸镉、硝酸铋、硝酸银或硝酸锌中的至少一种。
[0012]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，所述其他盐类包括硫酸铁、氯化铁、氯化亚铁、硫酸钴、氯化钴、锡酸钠或氯化亚锡中的至少一种。
[0013]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，所述碳源包括聚乙烯吡咯烷酮、葡萄糖、柠檬酸或蔗糖中的至少一种；
[0014]和/或，所述碳源与所述金属源的质量比为(10
‑
100)：(1
‑
100)；
[0015]和/或，所述碳源在混合溶液中的浓度为0.002
‑
2g/mL；
[0016]和/或，所述金属源在混合溶液中的浓度为0.002
‑
2g/mL。
[0017]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(b)中，加热的温度为80
‑
200℃，加热的时间为5
‑
48h。
[0018]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(c)中，所述硫源包括硫脲、硫粉或硫化铵中的至少一种。
[0019]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(c)中，所述硫源与所述前驱体的质量比为(1
‑
10)：(0.1
‑
5)。
[0020]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(c)中，煅烧温度为500
‑
800℃，煅烧时间为1
‑
3h，升温至煅烧温度的升温速率为1
‑
5℃/min。
[0021]根据本专利技术的第二个方面，还提供了一种具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料，采用上述具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的制备方法制得。
[0022]根据本专利技术的第三个方面，还提供了一种锂离子电池，包含上述具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的技术方案至少具有以下技术效果：
[0024](1)本专利技术提供了一种具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的制备方法，先将金属源、碳源和水形成的混合溶液进行加热，得到前驱体，再将前驱体和硫源进行煅烧，得到具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料；该制备方法仅通过加热
‑
煅烧步骤即可获得具有特定结构的金属硫化物/碳复合负极材料，工艺简单，操作方便，有利于工业上大规模生产。
[0025](2)本专利技术还提供了一种具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料，采用上述制备方法制得。在该金属硫化物/碳复合负极材料中，碳材料作为三维网状结构的主体，可有效缓解材料在电池循环过程的结构坍塌，金属硫化物嵌入到碳材料作为主体的三维网状结构中，可提供高的比容量，通过金属硫化物与碳两者的复合，使得该负极材料表现出良好的电化学性能，具有高的比容量和长循环性能。
[0026](3)本专利技术还提供了一种锂离子电池，包含上述具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料。鉴于上述具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料所具有的优势，使得该锂离子电池具有良好的电化学性能。
附图说明
[0027]图1为采用本专利技术实施例1和实施例3制备方法制得的具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的XRD图，其中，SnS/Fe7S8/NS
‑
CNs对应实施例1，Fe7S8/NS
‑
CNs对应实施例3；
[0028]图2为采用本专利技术实施例1的制备方法制得的具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的SEM图；
[0029]图3为采用本专利技术实施例2的制备方法制得的具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的SEM图；
[0030]图4为采用本专利技术实施例3的制备方法制得的具有三维网状结构的金属硫化物/碳
复合负极材料的SEM图；
[0031]图5为采用本专利技术实施例4的制备方法制得的具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的SEM图；
[0032]图6为采用本专利技术对比例1的制备方法制得的具有片状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的SEM图；
[0033]图7为采用本专利技术对比例2的制备方法制得的具有片状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的SEM图；
[0034]图8为采用本专利技术对比例3的制备方法制得的具有片状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的SEM图；
[0035]图9为采用本专利技术实施例1的制备方法制得的具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的充放电曲线图；
[0036]图10为采用本专利技术实施例1的制备方法制得的具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的循环性能图。
具体实施方式
[0037]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)提供金属源、碳源和水形成的混合溶液；其中，所述金属源包括硝酸金属盐或硝酸金属盐与其他盐类的复合；(b)对混合溶液进行加热，得到前驱体；(c)将前驱体和硫源于保护气氛中进行煅烧，得到具有三维网状结构的金属硫化物/碳复合负极材料。2.根据权利要求1所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述硝酸金属盐包括硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸锰、硝酸铅、硝酸铈、硝酸铝、硝酸镁、硝酸镉、硝酸铋、硝酸银或硝酸锌中的至少一种。3.根据权利要求1所述的金属硫化物/碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述其他盐类包括硫酸铁、氯化铁、氯化亚铁、硫酸钴、氯化钴、锡酸钠或氯化亚锡中的至少一种。4.根据权利要求1所述的金属硫化物/碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述碳源包括聚乙烯吡咯烷酮、葡萄糖、柠檬酸或蔗糖中的至少一种；和/或，所述碳源与所述金属源的质量比为(10
‑
100)：(1
‑
100)；和/或，所述碳源在混合溶液中的浓度为0.002
‑
2g/mL；和/或，所述金属源在混合溶液中的浓度为0.002
‑
2g/mL。5.根据权利要求1所述的金...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤方琪，薛历兴，黄文星，曹云波，王鸿飞，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：