[發明專利]一種摻雜炭或過渡金屬的鐵硫化合物復合材料的制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110134527.3
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112960700A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 朱甜;馮凱;馮輝燦;邱玲婭
• 申請（專利權）人: 天目湖先進儲能技術研究院有限公司
• 主分類號: C01G49/12
• 分類號: C01G49/12;C01G39/06;C01G49/06;C01G53/11;C01B32/00;C01G23/00;H01M4/58;H01M4/52;H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 常州國洸專利代理事務所(普通合伙) 32467
• 代理人: 杜杰

本發明屬于鋰離子電池技術領域，特別涉及一種摻雜炭或過渡金屬的鐵硫化合物復合材料的制備方法和應用，制備過程中，將有機溶劑和無機溶劑混合充分得到混合溶劑，向混合溶劑中加入包括鐵源、過渡金屬源或碳源，加熱進行有機?無機雜化反應，過濾、洗滌濾餅并干燥，將干燥后的濾餅于硫源環境下煅燒反應得到目標產物。將制備的摻雜炭或過渡金屬的鐵硫化合物復合材料作為堿金屬離子電池中的正極材料活性物質。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，特別涉及一種摻雜炭或過渡金屬的鐵硫化合物復合材料的制備方法和應用。

背景技術

隨著科技的進步和人們生活水平的提高，越來越多的高新科技產品出現在我們的日常生活中，如藍牙耳機、移動充電器、遙控飛機、機器人和電鎖門禁等。這些產品常用的化學電源之一是鋰離子電池，因為它們具有無記憶效應、對環境友好和壽命長等優勢。但是目前，商業上普遍使用三元材料、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰等作為鋰離子電池的正極材料，其理論比容量較低(＜300mAh·g^-1)，這些已經無法滿足人們對高能量密度鋰離子電池的需求。

目前很多研究者一直在致力于尋找新型的電極材料以提高鋰離子電池的容量、快速充放電能力、安全性和循環壽命。在這其中，FeS_Z(Z≥1)具有非常高的理論比容量(＞600mAh·g^-1)、低成本、資源豐富、無污染等優點引起人們的研究興趣。但是FeS_Z(Z≥1)導電性較差，且在充放電過程中容易出現體積膨脹的問題，影響電池的容量衰退、循環性能和倍率性能。造成這樣的原因有兩個方面：一方面，電池一旦發生鋰化反應，元素Li表面的電子遷移速度遠大于元素內部的電子遷移速度，FeS_Z(Z≥1)材料根本無法承受這么大的體積變化，最終從底部開始出現裂紋，材料出現粉化現象；另一方面，有研究表明FeS_Z(Z≥1)在首圈充放電后會生成游離態鐵離子和硫離子，這兩者都易溶于電解液帶來“雙穿梭效應”，引起容量的衰退，鐵離子還容易沉積在正極表面，阻礙了正極表面SEI膜與電解液的接觸，游離態的鐵離子與FeS₂發生反應，降低電池的電位。

為此，有研究者提出將碳網結構或過渡金屬氧化物(Fe_xO_y)與FeS_Z(Z≥1)材料通過復合、摻雜或者包覆的手段進行重組來緩解FeS_Z(Z≥1)的體積變化，但是依然無法緩解FeS_Z(Z≥1)在充放電后生成游離態鐵離子所帶來的問題，且Fe_xO_y中Fe更是會加深這種問題的存在。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種摻雜炭或過渡金屬的鐵硫化合物復合材料的制備方法：

(1)將有機溶劑和無機溶劑混合充分得到混合溶劑，

有機溶劑為苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛烷、環己烷、環己酮、甲苯環己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、甲醇、乙醇、異丙醇、乙醚、環氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、丙酮、甲基丁酮、甲基異丁酮、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、乙腈、吡啶、苯酚、丙三醇、甲酸、乙醇、三氯乙烯、三氯丙烷、四氯乙烯、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、水合肼、多聚磷酸水溶液、氟氯化硫酰、乙酸鉛水溶液、乙二胺中的一種或幾種的混合，

無機溶劑為水、氯化亞砜、硫酰氯、氰化氫、液態二氧化碳、液氨、液態二氧化硫、銅氨水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液、氟化氫水溶液中的一種或幾種的混合，

(2)向步驟(1)中得到的混合溶劑中加入包括鐵源、過渡金屬源或碳源，加熱進行有機-無機雜化反應，過濾、洗滌濾餅并干燥，

鐵源為鐵的有機配合物，比較典型的是乙酰丙酮鐵、硫氰化鐵等，