[发明专利]一种自支撑二元金属硫化物复合材料及其制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池

说明书

本发明提供了一种自支撑二元金属硫化物复合材料及其制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池，与现有技术相比，本发明通过室温下的离子交换在碳布上面生长Zn/Ni/Co‑ZIF材料，后续水热条件下进行硫化处理，得到自支撑ZnCo₂S₄@NiCo₂S₄/碳布复合材料。在碳布纤维上面均匀生长的ZnCo₂S₄@NiCo₂S₄阵列提供了大量的氧化还原位点，缩短了锂离子的迁移路径，同时过渡金属硫化物具有优良的导电性能，可以快速的传输电子，材料应用于锂离子电池负极材料，有着循环稳定性好，能量密度高等优点。另外，本发明复合材料制备方法简单，条件温和容易达到，对仪器设备要求低，可进行批量生产。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料技术领域，特别涉及一种自支撑二元金属硫化物复合材料及其制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池。

背景技术

随着社会的发展，特别是新能源技术的兴起，人们对储能材料提出了更高的要求，锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长，工作温度范围广等优点，得到了广泛的应用。

但是传统的锂离子电池负极材料石墨的理论容量只有372mAh/g，极大的限制了锂离子电池的容量，急需寻找具有更高容量的锂离子电池负极材料。

硅和金属氧化物等锂离子电池负极材料拥有很高的理论容量，但是普遍导电性较差，循环过程中的体积膨胀严重，导致负极材料粉化，容量急剧衰减。而过渡金属硫化物不仅拥有较高的理论容量，还具有很好的导电性能，可以快速的传输电子，组装成的电池循环稳定性能好，具有广阔的应用前景。

另外，柔性可穿戴电子设备近年来收到了广泛的关注和欢迎，在柔性材料上面生长电池活性材料，将可以组装成柔性电池，摆脱传统电池应用上的限制。碳布不仅具有极大的力学性能，还拥有优良的导电性能。在碳布上面生长过渡金属硫化物，可以极大的提高电池材料的导电性能，组装成的电池也将具有很好的循环稳定性和较高的能量密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自支撑二元金属硫化物复合材料，具体为自支撑ZnCo₂S₄@NiCo₂S₄/碳布复合材料，ZnCo₂S₄@NiCo₂S₄均匀生长在碳布上面，表面积大，具有柔性，可弯曲。

本发明另一目的在于提供一种自支撑二元金属硫化物复合材料的制备方法，利用价格低廉原料制备得到Zn/Ni/Co-ZIF/碳布复合材料，通过离子交换、复合、洗涤、硫化、干燥，得到ZnCo₂S₄@NiCo₂S₄/碳布复合材料。制备方法简单，产率高，成本低。

本发明还有一个目的在于提供一种锂离子电池负极，利用上述自支撑二元金属硫化物复合材料制成。

本发明还有一个目的在于提供一种锂离子电池，包括上述锂离子电池负极。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供的一种自支撑二元金属硫化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A、含锌盐、镍盐和钴盐的溶液与2-甲基咪唑溶液混合，得到混合溶液；

B、将碳布放入步骤A制备的混合溶液中，在室温下静置反应，然后将碳布取出，漂洗、干燥，得到Zn/Ni/Co-ZIF/碳布复合材料；

C、将步骤B制备的Zn/Ni/Co-ZIF/碳布复合材料置于硫化钠溶液中，然后进行水热反应，将所得产物漂洗、干燥，即得自支撑二元金属硫化物复合材料。