[發明專利]一種錫硫化物/硫/少層石墨烯復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710348570.3
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107316989B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 朱敏;程得亮;楊黎春;胡仁宗;曾美琴;魯忠臣
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

本發明公開了一種錫硫化物/硫/少層石墨烯復合材料及其制備方法和應用，包括如下步驟：將錫粉、硫粉和膨脹石墨加入球磨罐中混合后，采用介質阻擋放電等離子體輔助高能球磨法進行球磨，得到所述錫硫化物/硫/少層石墨烯復合材料；在錫粉、硫粉和膨脹石墨的混合物中，所述膨脹石墨的質量分數為20％～80％，錫粉和硫粉的摩爾比為1:1～1:4，球磨的球料比為30:1～70:1，球磨時間為10h～40h。將該復合材料作為鋰/鈉離子電池負極材料，表現出優越的電化學性能，具有高容量和優異的循環性能和倍率性能。本發明原材料來源廣泛，制備方法簡單，成本低廉，易于大規模生產，且對環境無污染。

技術領域

本發明涉及新能源材料領域，具體涉及一種錫硫化物/硫/少層石墨烯復合材料及其制備方法與在鋰/鈉離子電池中的應用。

背景技術

鋰離子電池由于具有能量密度大，循環壽命長等優點，被廣泛用作包括手機、筆記本電腦、數碼相機的各種電子產品的工作電源，以及包括電動車的移動式裝備的動力電池。伴隨著鋰離子電池的廣泛應用，一方面，人們對于鋰離子電池的性能提出了更高的要求，包括更高的容量、更大的功率、更長的循環壽命等需求。目前，商業化廣泛使用的鋰離子電池負極材料主要是石墨碳材料，其理論比容量較低，不能滿足高容量、大功率、長壽命的二次電池的發展需求，因此，開發和研究容量高的負極材料是推動鋰離子電池進一步發展的關鍵。另一方面，全球鋰資源并不豐富，且成本較高，這很大程度上制約著鋰離子電池大規模應用。相比鋰資源而言，鈉資源十分豐富，成本較低，且二者為同一主族元素，化學性質相近，因此用鈉替代鋰開發鈉離子電池具有非常廣闊的應用前景。然而，由于鈉離子具有更大的離子半徑，商業化鋰離子負極石墨材料很難嵌入鈉離子，嚴重制約著鈉離子電池的發展。

錫的硫化物由于具有較高的脫嵌鋰/鈉理論比容量(如SnS₂的脫嵌鋰和鈉理論比容量分別為1230mAh g^-1和1135mAh g^-1)，得到了廣泛關注。但研究表明，單一的錫硫化物作為鋰/鈉離子電極負極材料，在脫嵌鋰/鈉過程中會產生巨大的體積膨脹，導致電極材料的粉化，使電極材料從集流體上脫落，無法獲得良好的電化學性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種方法簡單、性能優異的錫硫化物/硫/少層石墨烯復合材料及其制備方法。所得到的復合材料具有高容量和優異的循環性能和倍率性能，特別適合作為鋰/鈉離子電池的負極材料。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種錫硫化物/硫/少層石墨烯復合材料的制備方法，包括如下步驟：將錫粉、硫粉和膨脹石墨加入球磨罐中混合后，采用介質阻擋放電等離子體輔助高能球磨法進行球磨，得到所述錫硫化物/硫/少層石墨烯復合材料；在錫粉、硫粉和膨脹石墨的混合物中，所述膨脹石墨的質量分數為20％～80％，錫粉和硫粉的摩爾比為1:1～1:4，球磨的球料比為30:1～70:1，球磨時間為10h～40h。

所述膨脹石墨的質量分數為30％～50％。

所述錫粉和硫粉的摩爾比為1:1～1:3。

所述球磨的球料比為40:1～60:1。

所述球磨的時間為15h～30h。

所述介質阻擋放電等離子體輔助高能球磨法的具體步驟是：

(1)安裝好球磨罐的前蓋板和電極棒，并把前蓋板和電極棒內的鐵芯分別與等離子體電源的正負極相連，其中，電極棒內的鐵芯接等離子體電源的正極，前蓋板接等離子體電源的負極；

(2)在球磨罐中裝入磨球和配比好的錫粉、硫粉和膨脹石墨混合粉末；

(3)通過真空閥對球磨罐抽真空，然后充入放電氣體介質，使球磨罐內的壓力值達到0.1Mpa；