[發明專利]一種金屬硫化物@石墨層電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210006652.0
• 申請日: 2022-01-05
• 公開（公告）號: CN114335519A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 田忠良;李錚;程皓;郭春;汪滔;賴延清;鄧朝勇
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

1.一種金屬硫化物@石墨層電極材料，其特征在于，其由納米金屬硫化物顆粒和石墨層片組成，其化學通式為MS_x@C，1≤X≤3；其中：納米金屬硫化物顆粒粘附于石墨層片上以及石墨層片的夾縫中，納米金屬硫化物顆粒與石墨層片的質量比為(10～80):(20～90)。

2.根據權利要求1所述的金屬硫化物@石墨層電極材料，其特征在于，所述的納米金屬硫化物顆粒的離子電導率為(5.1～15)×10⁴S/m，金屬硫化物@石墨層電極材料的振實密度為0.95～2g/cm³。

3.根據權利要求1或2所述的金屬硫化物@石墨層電極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將石墨材料A和金屬鹽B分別進行干燥，干燥后的石墨材料A和金屬鹽B按照設定的比例進行混合，混合均勻后，在氧含量低于500ppm的條件下，進行熱處理，得到產物C；

2)將步驟1)中的產物C先在酸性溶液下進行清洗，接著用離子水和乙醇混合溶液進行清洗，然后進行干燥，得到前驅體D；

3)將步驟2)中的前驅體D進行氧化處理，氧化處理完畢后，用酸性溶液進行清洗，清洗完畢后，干燥，得到金屬氧化物@石墨層；

4)將步驟3)中的金屬氧化物@石墨層與硫源混合均勻，在惰性氣氛下在管式爐中進行煅燒，得到金屬硫化物@石墨層電極材料。

4.根據權利要求3所述的金屬硫化物@石墨層電極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中，金屬鹽B由摩爾比為(5～10):(0～4):(0～2)的金屬鹽B1，金屬鹽B2和金屬鹽B3組成；石墨材料A為天然鱗片石墨、人造石墨、高純石墨、可膨脹石墨、廢舊回收石墨、石墨纖維中的至少一種，干燥溫度為50～70℃，干燥時間為3～14h；石墨材料A與金屬鹽B的質量比為1:(1～10)；熱處理溫度為150～500℃，熱處理時間為18～30h。

5.根據權利要求4所述的金屬硫化物@石墨層電極材料的制備方法，其特征在于，所述的石墨材料A為天然鱗片石墨和可膨脹石墨中的一種；所述的金屬鹽B1為鐵、鎳、鈷和錳中各元素所對應的乙酰丙酮鹽、檸檬酸鹽、乙酸鹽、氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽或磷酸鹽中的至少一種，金屬鹽B2為釩、鉻、銅、鋅中元素所對應的乙酰丙酮鹽、檸檬酸鹽、乙酸鹽、氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽或磷酸鹽中的至少一種，金屬鹽B3為鋁、鈧、鋯、鈮、釕、銠、鈀、銀、錫、鉭、鎢、錸、金、汞、鉍、鉑、鎵和銥中各元素所對應的乙酰丙酮鹽、檸檬酸鹽、乙酸鹽、氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽或磷酸鹽中的至少一種。

6.根據權利要求5所述的金屬硫化物@石墨層電極材料的制備方法，其特征在于，所述金屬鹽B為對應金屬的氯化鹽。

7.根據權利要求3所述的金屬硫化物@石墨層電極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，清洗方式為攪拌沉淀清洗、抽濾沖洗和離心清洗中的至少一種；酸性溶液為濃度為0.1～1mol L^-1的稀鹽酸、醋酸、稀硫酸中的至少一種，清洗至濾液的pH≤5；混合溶液中離子水和乙醇體積比為(10～1):1，清洗至濾液的pH＝7；干燥為真空干燥，干燥溫度為60～100℃，干燥時間為6～24h。

8.根據權利要求3所述的金屬硫化物@石墨層電極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中，氧化處理為濕法氧化處理和火法氧化處理中的一種，酸性溶液為濃度為0.1～1mol L^-1的稀鹽酸、醋酸、稀硫酸中的至少一種，清洗至濾液的pH≤5；干燥為真空干燥，真空度保持在10^-2～10^-6Pa，干燥溫度為60～120℃，干燥時間為6～24h。