[發(fā)明專利]大孔球狀硫化鋅/硫化亞鐵/碳負(fù)極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810557051.2
• 申請(qǐng)日: 2018-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN108598443B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童匯;姚贏贏;毛高強(qiáng);龔竹月;鄭俊超;張寶;喻萬景
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙星耀專利事務(wù)所(普通合伙) 43205
• 代理人: 陸僖;寧星耀

大孔球狀硫化鋅/硫化亞鐵/碳負(fù)極材料及其制備方法，所述負(fù)極材料由以下方法制成：（1）將鐵源、鋅源、硫源與三元有機(jī)羧酸加入水中，攪拌溶解至均一溶液；（2）密封，進(jìn)行加熱反應(yīng)，冷卻，過濾，洗滌，干燥，得黑色粉末；（3）在惰性氣氛中，焙燒，冷卻，得大孔球狀硫化鋅/硫化亞鐵/碳負(fù)極材料。本發(fā)明大孔球狀硫化鋅/硫化亞鐵/碳負(fù)極材料中的硫化鋅和硫化亞鐵為純相，二次顆粒粒徑為5～8μm，并含有直徑0.1～2.0μm的孔道；將其組裝成電池，在充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，體積膨脹小，導(dǎo)電性好，充放電反應(yīng)高度可逆，且具有優(yōu)異的倍率性能；本發(fā)明方法簡(jiǎn)便，原材料成本低，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用負(fù)極材料及其制備方法，具體涉及一種大孔球狀硫化鋅/硫化亞鐵/碳負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著人們對(duì)便攜設(shè)備需求的增加和商用鋰離子電池的發(fā)展，目前主流的石墨負(fù)極已經(jīng)無法滿足人們對(duì)鋰離子電池容量的需求。鐵與鋅都是廉價(jià)金屬，其硫化物作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，具有較高的理論比容量，但是，其在充放電過程中結(jié)構(gòu)易坍塌，影響比容量和循環(huán)性能。

CN104882604B公開了一種ZnS-Al₂O₃/N-C復(fù)合電極材料及制備方法，該復(fù)合電極材料由硫化鋅ZnS納米晶、無定型氧化鋁Al₂O₃和氮摻雜碳N-C三部分組成，其中，ZnS為電化學(xué)活性物質(zhì)，粒徑為2～3nm，N-C能提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性，而無定型Al₂O₃則起到阻隔ZnS在充放電過程中團(tuán)聚的作用，三種組分的協(xié)同作用使復(fù)合電極材料表現(xiàn)出高比容量、高倍率性能和高循環(huán)穩(wěn)定性。但是，在0.2A/g電流密度下，ZnS-Al₂O₃/N-C首圈充電質(zhì)量比容量為663.7mAh/g，首圈效率僅為58%，即首效較低，商業(yè)化的可能性較低。

CN105355890 A公開了一種鋰離子電池負(fù)極硫化鋅-石墨烯復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，是通過原位合成、離心、干燥，得到ZnS-RGO復(fù)合材料作為新型鋰離子電池負(fù)極。雖然在40mA/g的電流密度下進(jìn)行測(cè)試，首圈放電比容量為1126.6mAh/g，但是，該材料在循環(huán)100圈后，放電容量僅為250mAh/g，循環(huán)穩(wěn)定性能較差。

CN103274474A公開了一種桿狀鐵酸鋅及其制備方法，所述桿狀鐵酸鋅的直徑為7.0～500nm，長徑比為3.0～20，桿狀徑向由1～20個(gè)納米顆粒構(gòu)成，單個(gè)納米顆粒的尺寸為7.0～30nm；所述制備方法選用硫酸亞鐵與氯化鋅為原料，以草酸為沉淀劑，進(jìn)行室溫沉淀，混合反應(yīng)后，經(jīng)陳化、離心、洗滌、干燥和熱處理，得到由納米顆粒構(gòu)筑的桿狀鐵酸鋅。雖然該材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，但是，在制備的過程中，溶液滴加及陳化均需要隔絕空氣，對(duì)環(huán)境要求較高，不利于大量生產(chǎn)。

CN103413941A公開了一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，所述鋰離子電池負(fù)極材料采用低溫水熱法，以十二烷基硫酸鈉為表面活性劑，可溶性亞鐵鹽和尿素為原料，在一定的溫度和時(shí)間下制備得到微納米級(jí)碳酸亞鐵負(fù)極材料。雖然該材料制備方法簡(jiǎn)單，但是，將所得碳酸亞鐵負(fù)極材料首次應(yīng)用于鋰離子電池，在0.05～3.0V，200mA/g電流密度下首次放電比容量達(dá)到900～1110mAh/g，經(jīng)過100次循環(huán)放電比容量僅585～640mAh/g，材料的循環(huán)性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種在充放電過程中循環(huán)性能穩(wěn)定，容量較高，且制備方法簡(jiǎn)單，原材料成本低，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)的大孔球狀硫化鋅/硫化亞鐵/碳負(fù)極材料及其制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：大孔球狀硫化鋅/硫化亞鐵/碳負(fù)極材料，由以下方法制成：

（1）將鐵源、鋅源、硫源與三元有機(jī)羧酸加入水中，攪拌溶解至均一溶液；