[發明專利]一種電極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110377443.2
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113224299B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 范浩森;林晉毅;鄭文芝;劉芝婷;楊偉;黃卓偉;陳遜杰
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/0525;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 肖云

本發明提供了一種電極材料及其制備方法和應用。本發明的電極材料中，將二硫化錸納米片和梭型結構的FeS₂相結合，合成表面有片狀結構ReS₂的梭型FeS₂顆粒。這種結構可以增大電解質與材料的接觸面積，使得材料在電池運行中不容易發生膨脹，在提升性能的同時能夠很好的保持結構的完整性。ReS₂納米片可以很容易生長在多孔碳質框架上，在作為電極材料時運作的過程中能夠保持結構的完整性。同時ReS₂納米片具有獨特的各向異性，擁有較大的插層空間，允許電子/離子快速轉移，這樣的特殊性質能夠有效提升電池的性能。

技術領域

本發明屬于電極材料技術領域，具體涉及一種電極材料及其制備方法和應用。

背景技術

為了實現低碳經濟和可持續發展，需要探索新的儲能材料。在這些新型材料中，金屬有機框架化合物(Metal organic Framework，簡稱MOFs)是一類多孔材料，這類材料由于具有超高的比表面積、可控的結構、大的孔隙體積和可調節的孔隙度，在儲能和轉換系統中得到了越來越多的應用。除了原始的MOFs外，多孔碳和納米結構金屬氧化物等MOF衍生物在儲能和轉換應用中也具有很好的性能。其中，MIL-88是一種多面體形狀的特殊MOFs材料，常被用作電池陽極材料的前驅體。MIL-88也是一種特殊的MOFs材料，具有鐵元素。通常將MIL-88進行后續操作，例如將MIL-88進行氧化、硫化磷化等操作后分別得到氧化鐵、硫化鐵和磷化鐵等化合物。這些鐵基化合物作為電池陽極材料，由于鐵基化合物具有較好的導電率，能使電池具有很好的電池容量。鐵是地殼中含量最豐富的過渡金屬元素（約占了所有過渡金屬的84 ％），自然界中的鐵普遍以氧化態的形式存在，氧化態中的鐵元素化合價分布廣泛，從-2到+7都有。鐵基化合材料的形態結構呈多樣化，可以形成在不同電壓范圍內的各個鐵基材料的電化學活性。鐵基材料還具有無毒無害、成本低和資源豐富等多種優勢，是解決能源問題的優異材料，因此與鐵相聯系的電極材料也具有很好的應用前景。

單純的硫化鐵作為電極材料，性能比較單一，同時還存在一些無法克服的影響性能的因素，這些因素容易導致電池的性能不好甚至導致容量降低，使用壽命減少等問題。例如，在電池的運行中材料會發生體積膨脹，而硫化物發生體積膨脹比較嚴重，因此需要增大材料和電解液的接觸面積，增加材料表面的活性位點。

相關技術中，通常是將MIL-88置于管式爐中進行煅燒，在不同的氣體條件和操作條件下煅燒出不同的鐵基化合物，但同時又保持了原來MIL-88的形貌，例如在空氣中煅燒得到多面體形狀的氧化鐵，在惰性氣體（例如氮氣）的條件下與硫粉一起混合煅燒得到硫化鐵化合物。這樣得到的硫化鐵化合物導電性能好，同時表面硫化鐵表面粗糙且多孔，非常有利于電子和離子的傳輸傳導，從而提高了電池的容量。然而，相關技術合成的純FeS₂在電池的運行中不穩定且容易發生膨脹，這樣容易導致電池短路甚至影響電池的性能和使用壽命。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的上述技術問題之一。為此，本發明提供了一種電極材料，該電極材料包括梭型FeS₂顆粒，以及負載于所述梭型FeS₂顆粒上的ReS₂納米片，該電極材料具有穩定的形貌，在充放電過程中不易發生膨脹。

本發明的第一方面提供了一種電極材料，包括FeS₂，以及負載于所述FeS₂上的ReS₂納米片。

本發明的電極材料，至少具有以下有益效果：