[發(fā)明專利]一種多元金屬硫化物復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法和用途

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110380741.3
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN103137965A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡勇勝;趙亮;李泓;陳立泉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多元金屬硫化物復(fù)合材料及其作為鋰(鈉)離子二次電池負(fù)極材料的應(yīng)用，具體的是涉及一種具有較高的容量、較好的循環(huán)性能及較高的電位平臺(tái)的硫化物鋰(鈉)離子電池復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法及在鋰(鈉)離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池以其高能量密度、長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)、自放電小等特點(diǎn)，自發(fā)明以來，就很快占據(jù)了各種小型移動(dòng)設(shè)備的市場，如移動(dòng)電話，筆記本電腦，攝像機(jī)等數(shù)碼設(shè)備。目前，隨著傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭及人類日益覺醒的環(huán)保意識(shí)，綠色環(huán)保的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)開始蓬勃發(fā)展，目前已有以鋰離子電池為動(dòng)力的純電動(dòng)汽車和電油混合動(dòng)力汽車推向市場。而在各種新興能源中，如風(fēng)能、太陽能發(fā)電等，因?yàn)槠鋾r(shí)間不連續(xù)性，在實(shí)際應(yīng)用中，需要先進(jìn)行儲(chǔ)存，鋰(鈉)離子電池作為儲(chǔ)能電池，在這方面也將發(fā)揮重要作用。

目前，商用鋰離子電池用的負(fù)極材料主要是石墨，但石墨負(fù)極因?yàn)榍朵囯娢坏停貏e是在大電流密度下，易在電極表面形成金屬鋰的沉積，刺穿隔膜造成安全性隱患，因而不適合在動(dòng)力、儲(chǔ)能等大型電池組中使用。尖晶石Li₄Ti₅O₁₂具有較高的儲(chǔ)鋰電位(～1.54V)，避免了金屬鋰沉積的問題，但Li₄Ti₅O₁₂容量較低(理論容量175mAh/g)，因此需要尋找具有相當(dāng)電位但具有較高儲(chǔ)鋰容量的負(fù)極材料。

金屬硫化物FeS和NiS具有六方結(jié)構(gòu)，充放電平臺(tái)分別在1.8V和1.3V，1.9V和1.5V，可逆容量可達(dá)到500mAh/g以上；MnS具有立方結(jié)構(gòu)，充放電平臺(tái)分別在1.25V和0.7V，理論容量可達(dá)600mAh/g，但固相法合成的MnS往往循環(huán)性很差。因此，如何結(jié)合這兩種結(jié)構(gòu)的硫化物特點(diǎn)，將其電位平臺(tái)調(diào)制到合適的位置，且具有良好的循環(huán)性，該材料將在能量密度等方面上比Li₄Ti₅O₁₂更具優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有較高電位平臺(tái)、較高容量和較好的循環(huán)性能的多元金屬硫化物復(fù)合負(fù)極材料的制備方法及其作為鋰(鈉)離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。

本發(fā)明提供一種多元金屬硫化物復(fù)合負(fù)極材料，該物質(zhì)的通式為Mn_1-xM_xS，其中M為金屬離子，可以選自Fe，Co，Ni，Cu中的一種或幾種，0.01＜x＜0.99。

本發(fā)明的多元金屬硫化物復(fù)合負(fù)極材料，其中，所述多元金屬硫化物的表面可以包覆有碳或氮摻雜碳層、金屬層、氮化物層、氧化物層和高分子聚合物層的一種或多種。

本發(fā)明的多元金屬硫化物復(fù)合負(fù)極材料，其中，所述碳或氮摻雜碳層、金屬層、氮化物層、氧化物層和高分子聚合物層的厚度可以為1～20nm。

本發(fā)明提供了該多元金屬硫化物復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法可以為固相法或水熱法。

所述的固相法可以為：將Mn粉和金屬M(fèi)的粉末及硫粉按化學(xué)計(jì)量比研磨混合，壓片后封在真空石英管中，600-1000℃處理10-40小時(shí)，冷卻后取出研磨即得所述活性物質(zhì)。

所述的水熱法可以為：將二價(jià)Mn的可溶性化合物，二價(jià)金屬M(fèi)的可溶性化合物，及含S的化合物按化學(xué)計(jì)量比混合，溶液轉(zhuǎn)移到水熱釜內(nèi)，100℃到200℃保持10到30小時(shí)，冷卻后過濾，洗劑，將得到的沉淀真空烘干，即得所述活性物質(zhì)。

本發(fā)明還提供了將所述多元金屬硫化物復(fù)合負(fù)極材料用于制備鋰(鈉)離子電池負(fù)極和鋰(鈉)離子電池的應(yīng)用。

將所述多元金屬硫化物復(fù)合負(fù)極材料用于制備鋰(鈉)離子電池負(fù)極時(shí)，可采用現(xiàn)有鋰(鈉)離子電池的通用制作方法。即，將本發(fā)明的負(fù)極活性物質(zhì)與作為導(dǎo)電添加劑的粉體(如碳黑、乙炔黑、石墨粉、碳納米管、石墨稀等)研磨混合，所述導(dǎo)電添加劑占重量比0～20wt％。然后與通用的粘結(jié)劑溶液混合成均勻漿料，涂覆于集流體上(如銅箔、鋁箔、鈦箔、鎳網(wǎng)、泡沫鎳等)制備電極片，涂覆后所得電極片的厚度可以為2～500μm。將所得電極片裁剪成適合形狀，在真空烘箱中100～150℃下烘干后備用。