[發明專利]一種錨定有金屬硫化物的中空碳球及其制備方法與在制備鉀離子電池負極中的應用

有效

• 申請號: 202110390151.2
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113206225B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 吳松平;宋楊;琚家豪;付麗麗;孫浩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/136;H01M4/1397;H01M4/04;H01M10/054
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種錨定有金屬硫化物的中空碳球及其制備方法與在制備鉀離子電池負極中的應用；所述中空碳球的制備包括如下步驟：(1)乙酰丙酮的金屬鹽溶解在有機溶劑中，攪拌加熱制備金屬氧化物顆粒；(2)靜電噴霧制備有機高分子包裹的金屬氧化物顆粒；(3)鹽酸多巴胺溶液進行包覆制備有機高分子球；(4)碳化、硫化制備中空碳球。本發明制作球型顆粒不需要模板，并且完全利用水中的表面張力形成球形高分子；節約了原料，同時十分具有環保性。這種方法在電極材料的制作中十分罕見，具有很大的創新性，并且對以后電極材料的中空結構的設計具有很大啟示。本發明的含金屬硫化物的中空碳球作為鉀離子電池負極材料具有優異的電性能。

技術領域

本發明屬于鉀離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種錨定有金屬硫化物的中空碳球及其制備方法與在制備鉀離子電池負極中的應用。

背景技術

隨著工業社會的飛速發展，鋰離子電池已經在各個領域取得了廣泛的應用。但是在面對鋰離子電池的高成本以及鋰資源有限性的問題時，人們仍有很深的擔憂。于是，就產生了生產一種替代鋰離子電池的新型電池的需求，主要由鈉離子電池和鉀離子電池。而鉀離子電池也具有十分明顯的優點：1.鉀離子電池在地殼中的儲存十分豐富，這意味著鉀離子電池成本較低。2.鉀離子電池的體積膨脹相對于鋰離子電池來說大大減小,鉀離子電池具有較高的安全性能。3.鉀離子電池的能量密度較高，和鋰離子電池接近。綜合來看，鉀離子電池在未來具有優異的應用前景。因此，設計出能量密度高且循環壽命長的鉀離子電池具有重大意義。

金屬硫化物已經在鉀離子電池中表現出了優異的性能。但是，由于其長循環穩定性仍然很不理想。目前的研究中，發現金屬硫化物和碳材料的結合以后具有較好的循環穩定性。如果可以將碳材料的穩定性與金屬硫化物的高容量這兩個優點結合起來，那么含碳的金屬硫化物鉀離子電池負極材料競爭力將十分突出。

之前有通過靜電紡絲法制得鉀離子電池負極材料的方法，如：專利CN202010835167.5提出通過靜電紡絲法將三氯化銻、碳納米管分別和一定比例的乙酸鎳、氯化亞錫、氯化鈷超聲攪拌溶解在N，N-二甲基甲酰胺溶液中，并加入聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈后進行靜電紡絲，之后將材料碳化得到最終產物。但該方法配置紡絲溶液前驅體時添加了兩類有機高分子(聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈)，并且構造結構僅為一維的管狀結構。形成對比的是本專利僅需要一種有機物(聚甲基丙烯酸甲酯)配置靜電噴霧前驅體，并且最終通過聚甲基丙烯酸甲酯的分解構造了三維球狀結構。本專利所采用的方法更加簡便并且最終產物的結構為三維結構，具有更好儲鉀能力。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種錨定有金屬硫化物的中空碳球的制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

本發明的目的之二在于提供一種一種錨定有金屬硫化物的中空碳球，以解決上述背景技術中提出的問題。

本發明的目的之三在于提供一種錨定有金屬硫化物的中空碳球在鉀離子電池中的應用，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種錨定有金屬硫化物的中空碳球的制備方法，包括如下步驟：

(1)將乙酰丙酮的金屬鹽溶解在有機溶劑中，攪拌加熱，在240-280℃下保溫1-4h，得到均勻分散在有機溶劑中的金屬氧化物顆粒，離心并洗滌得到的金屬氧化物顆粒；

(2)將步驟(1)得到的金屬氧化物顆粒和有機高分子一起分散在溶劑中獲得前驅體漿液，然后將獲得的前驅體漿液用靜電噴霧機進行靜電噴霧，得到有機高分子包裹的金屬氧化物顆粒；所述靜電噴霧的電壓為5-50KV，靜電噴霧的送料速率為0.01-0.06ml/min；

電壓過高則會導致針頭產生放電現象，無法形成噴霧；送料速率為 0.01-0.06mL/min，過慢則會導致噴霧不持續；過快則噴霧形成的顆粒不均勻。