[發明專利]一種鋰離子電池用氮硫共摻雜碳包覆錫/二硫化鉬復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711089820.2
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107910517B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 何苗;馮葉鋒;王成民
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種鋰離子電池用氮硫共摻雜碳包覆錫/二硫化鉬復合材料的制備方法。本發明通過將氮硫共摻雜碳，金屬錫(Sn)和二硫化鉬(MoS₂)進行復合，三種組分之間產生協同效應，氮硫共摻雜碳能夠增加材料電子電導率和鋰離子擴散速率，同時抑制了金屬錫(Sn)體積膨脹和二硫化鉬(MoS₂)團聚。因此，所制備氮硫共摻雜碳包覆Sn/MoS₂復合材料具有優異電化學性能，表現出優異倍率性能和循環穩定性。該方法工藝簡單，成本低，環境友好，適用于大規模工業生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池用氮硫共摻雜碳包覆錫/二硫化鉬復合材料及其制備方法。

背景技術

由鋰離子電池具有開路電壓高、循環壽命長、能量密度高以及無記憶效應等優點，使得鋰電子電池在便攜數碼產品，電動汽車以及儲能領域得到廣泛的應用。但是由于目前商業化石墨負極存在比容量低和倍率性能差等缺點，限制了鋰離子電池在電動汽車及大規模儲能領域的應用。為了滿足人們對高能量密度鋰離子電池的需求，提高鋰離子電池負極材料的比容量成為鋰離子電池的重要研究方向。

作為一種研究廣泛的鋰離子電池負極材料，金屬錫具有高達990mA h g^-1的理論比容量，另外金屬錫的脫嵌鋰電位在0.5V左右，因此金屬錫是一種非常理想的鋰離子電池負極材料。但是由于金屬錫在充放電過程中體積膨脹過大，使得金屬錫直接作為鋰離子電池負極材料時，循環性能和倍率性能非常的差。為了解決金屬錫負極的這一缺點，研究者采用了非常多的方法來提高其電化學性能。材料納米化、各種納米結構的設計以及各種復合材料的構建使得金屬錫負極的電化學性能得到了很大的提高。

二硫化鉬作為一種典型的類石墨烯層間過渡金屬硫化物，以其獨特優異的電學、熱學、力學等性能,在摩擦學、能源、電子器件和光電等領域受到了廣泛關注。近年來，二硫化鉬作為鋰離子電池負極材料研究也引起了研究者們的興趣。二硫化鉬作為鋰離子電池負極材料，容具有669mA h g^-1的理論比容量。但是,由于二硫化鉬自身導電性差,而且容易重新堆疊,在循環過程中會失去良好的電連接和鋰離子通路,最終導致循環過程中容量迅速下降。為了能夠很好的解決這一問題，構建二硫化鉬復合材料是一種非常有效的方法。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種鋰離子電池用氮硫共摻雜碳包覆錫/二硫化鉬復合材料及其制備方法，本發明提供的氮硫共摻雜碳包覆Sn/MoS₂復合材料具有優異電化學性能，表現出優異倍率性能和循環穩定性。

本發明提供了一種鋰離子電池用氮硫共摻雜碳包覆錫/二硫化鉬復合材料的制備方法，包括以下步驟：

A)將錫鹽、鉬鹽、堿金屬鹽、硫源化合物和水混合，得到混合鹽溶液；

B)將有機碳源與所述混合鹽溶液在加熱條件下混合攪拌，得到混合溶液；

C)將氮源和硫源化合物與步驟B)中的混合溶液在加熱條件下混合攪拌，得到混合溶液；

D)將步驟C)的混合溶液冷凍后再冷凍干燥，得到粉末材料；

E)在惰性氣氛條件下，將所述粉末材料燒結后洗滌干燥，得到鋰離子電池用氮硫共摻雜碳包覆錫/二硫化鉬復合材料。

優選的，步驟A)中，所述錫鹽選自四氯化錫、硫酸亞錫和硝酸亞錫中一種或多種，所述混合鹽溶液中錫鹽的濃度為0.5～2mol/L；

所述鉬鹽選自鉬酸鈉，鉬酸鉀和鉬酸銨中的一種或多種，所述混合鹽溶液中鉬鹽的濃度為0.5～2mol/L；

所述硫源化合物選自硫脲，硫化鉀，硫化鈉和硫化銨中的一種或多種，所述混合鹽溶液中硫源化合物的濃度為0.5～2mol/L；