[发明专利]过渡金属硫属化合物复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种过渡金属硫属化合物复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法，包括：将过渡金属前驱体和碳源在溶剂中进行混料处理，然后进行冻干，得到复合物前驱体；将复合物前驱体与硫族元素前驱体进行混合，得到混合物；将混合物在还原性气氛下进行煅烧处理，制备过渡金属硫属化合物复合碳微球。该制备方法简单可控，产率高，生产成本低，制备周期短，工艺重复性能好，可应用于过渡金属硫属化合物复合材料的规模化生产制备。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种过渡金属硫属化合物复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

传统锂离子电池主要采用石墨作为负极，但是，由于石墨负极的容量不足，压实密度低，以及石墨在储钠、储钾方面的能力有限，发展新型负极材料显得极为重要。作为潜在的负极材料，过渡金属硫属化合物具有层间距大、比容量高等特点，受到了人们的极大关注，现已被广泛研究应用于金属离子电池(锂、钠、钾、镁等)中。

目前，制备过渡金属硫属化合物的方法主要包括化学气相沉积以及水热合成法。化学气相沉积法能够实现层状材料的可控制备，然而其产率较低，很难做到大规模的生产以及应用；而水热合成方法合成的过渡金属层状材料形貌以及尺寸不均一，结晶度有限，难以保证材料的性能。此外，上述合成方法往往需要在高温下进行，操作复杂，耗能大。因此，开发简单有效制备过渡金属硫属化合物的方法是其规模化应用的关键。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种过渡金属硫属化合物复合材料的制备方法，旨在简化过渡金属硫属化合物的制备工艺。

本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法制得的过渡金属硫属化合物复合材料。

本发明的又一目的在于提供所述过渡金属硫属化合物复合材料在制备锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池、钙离子电池或双离子电池中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种过渡金属硫属化合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

提供过渡金属前驱体、碳源和溶剂，所述碳源在所述溶剂中能够发生氧化自聚，所述过渡金属前驱体能够溶解在所述溶剂中并具有氧化性；将所述过渡金属前驱体和所述碳源在所述溶剂中进行混料处理，然后进行冻干，得到复合物前驱体；

将所述复合物前驱体与硫族元素前驱体进行混合，得到混合物；

将所述混合物在还原性气氛下进行煅烧处理，制备过渡金属硫属化合物复合碳微球。

本发明提供的过渡金属硫属化合物复合材料的制备方法，通过简单的液相反应将过渡金属阳离子与碳源复合，然后进行冻干，与硫族元素前驱体进行混合煅烧处理，实现了对过渡金属硫属化合物复合碳微球的可控制备，且通过上述制备方法制得的过渡金属硫属化合物复合碳微球形貌可控，尺寸分布小，纯度高。相对于传统的二氧化硅模板法、水热法和化学气相沉积法，本发明的制备方法简单可控，产率高，生产成本低，制备周期短，工艺重复性能好，可应用于过渡金属硫属化合物复合材料的规模化生产制备。

相应的，一种过渡金属硫属化合物复合材料，包括过渡金属硫属化合物和碳微球；所述过渡金属硫属化合物具有片层结构，并插嵌在所述碳微球的表面。

本发明提供的过渡金属硫属化合物复合材料，由上述制备方法制得，过渡金属硫属化合物插嵌在所述碳微球的表面，一方面，碳微球作为过渡金属硫属化合物的支撑骨架，将该过渡金属硫属化合物复合材料应用于制备锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池、钙离子电池或双离子电池时，可避免过渡金属硫属化合物在插层/脱嵌碱金属离子过程中由于体积变化所造成的材料结构破坏；另一方面，碳微球具有良好的导电性，可进一步改善所述过渡金属硫属化合物的导电性能，从而保证由该过渡金属硫属化合物复合材料制得的电池具有良好的电化学性能。