[發明專利]金屬硫化物及碳的復合材料的制備方法及其在鈉離子電池中的應用

在審

• 申請號: 201710361476.1
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN106992293A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 姜銀珠;朱杭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙)33231
• 代理人: 張宇娟

1.一種金屬硫化物及碳的復合材料的制備方法，其特征在于，制備步驟包括靜電紡絲步驟以及引入硫源進行硫化的步驟。

2.根據權利要求1所述的一種金屬硫化物及碳的復合材料的制備方法，其特征在于，所述引入硫源采用了原位法；制備步驟包括：

將金屬鹽、紡絲聚合物、硫源混合溶于有機溶劑形成混合物；

金屬鹽和硫源原子摩爾比為所述金屬硫化物的組成原子比，金屬鹽溶于有機溶劑的摩爾濃度為0.5～1.5mol/L，紡絲聚合物與有機溶劑的質量比為5～15wt%:95～85wt%；

2）混合物于30～70℃條件下，攪拌6～12h，通過加入適量的酸或堿，調節PH值范圍6～7，得到靜電紡絲前驅液；

3）利用靜電紡絲法制得到含前驅物的紡絲纖維布：在溫度40℃，濕度10%條件下，將前驅液勻速流向紡絲針頭，在靜電場的作用下形成納米纖維，利用接收器接受纖維形成紡絲纖維布；

4）將紡絲纖維布置于馬弗爐中進行預氧化，升溫速率2～10℃/min，預氧化溫度為200～300℃，保溫1～2h，隨爐冷卻；

5）將預氧化后的紡絲纖維置于管式爐中進行纖維碳化，在Ar氣氛下，升溫速率2～5℃/min，碳化溫度為500～700℃，保溫2～6h，隨爐冷卻，制得金屬硫化物及碳的復合材料。

3.根據權利要求2所述的一種金屬硫化物及碳的復合材料的制備方法，其特征在于，所述硫源為L-半胱氨酸、硫代硫酸鈉或硫脲的一種或多種。

4.根據權利要求1所述的一種金屬硫化物及碳的復合材料的制備方法，其特征在于，所述引入硫源采用了后處理法；制備步驟包括：

將金屬鹽、紡絲聚合物混合溶于有機溶劑形成混合物；

金屬鹽溶于有機溶劑的摩爾濃度為0.5-1.5mol/L，紡絲聚合物：有機溶劑的質量比為5～15wt%:95～85wt%；

2）混合物于30～70℃條件下，攪拌6～12h，通過加入適量的酸或堿，調節PH值范圍6～7，得到靜電紡絲前驅液；

3）利用靜電紡絲法得到含前驅物的紡絲纖維布，在溫度40℃，濕度10%條件下，將前驅液勻速流向紡絲針頭，在靜電場的作用下形成納米纖維，利用接收器接受纖維形成紡絲纖維布；

4）將紡絲纖維布置于馬弗爐中進行預氧化，升溫速率2～10℃/min，預氧化溫度為200～300℃，保溫1~2h，隨爐冷卻；

5）將預氧化后的紡絲纖維布置于管式爐中進行纖維碳化，在H₂含量5～10%，Ar含量90～95%的混合氣氛下，升溫速率2～5℃/min，碳化溫度為500～700℃，保溫2～6h，隨爐冷卻；

6）將碳化后的纖維布按照步驟1）所述金屬鹽與硫原子摩爾比為硫化物組成原子比與硫粉混合，置于玻璃管中抽真空封管，將封管后的玻璃管置于管式爐中進行后期硫化，升溫速率2～5℃/min，硫化溫度400～600℃，保溫2～5h，隨爐冷卻，制得金屬硫化物及碳的復合材料。

5.根據權利要求2或4所述的一種金屬硫化物及碳的復合材料的制備方法，其特征在于，所述金屬鹽為醋酸鹽、氯化鹽、硝酸鹽的一種或多種，所述紡絲聚合物為聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯或聚乙烯吡咯烷酮的一種或多種，所述有機溶劑為二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二氯乙烷、乙醇或乙二醇的一種或多種。

6.根據權利要求1～5任一項制備方法制得的一種金屬硫化物及碳的復合材料在鈉離子電池中的應用，其特征在于所述金屬硫化物及碳的復合材料直接作為鈉離子電池中的負極材料，不需要集流體，不需要配合粘結劑和導電劑的制漿過程。