[发明专利]一种六方片状钴镍双金属硫化物复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种钴镍双金属硫化物复合材料，包括六方片状的钴镍双金属硫化物以及复合在钴镍双金属硫化物上的Li₇P₃S₁₁材料。本发明提供的钴镍双金属硫化物复合材料，其具有特殊的微观形貌和组成，是一种六方片状的二元过渡金属硫化物，该复合材料不仅能实现与固态电解质更高的接触面积，而且片状的结构还有利于界面改性。本发明制备的钴镍比例可自由调节的六方片状钴镍双金属硫化物正极材料，具有突出的电化学性能，可逆比容量高且循环稳定性好；而且制备方法合成步骤简单，条件温和，适合于大规模生产推广和应用，将其作为活性物质，在全固态电池正极材料中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于全固态锂离子电池正极技术领域，涉及一种钴镍双金属硫化物复合材料及其制备方法、应用，尤其涉及一种六方片状钴镍双金属硫化物复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

锂离子电池通常包括正极、负极、隔膜、电解液和壳体，具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、自放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源的主要选择对象。然而，随着人们对于电子设备中电池容量以及长循环寿命更高的要求，已有锂离子电池的性能逐渐地无法满足应用需求。由于传统的锂离子电池在应用于电动汽车和可移动电子设备时存在巨大的安全隐患，采用无机固态电解质的全固态锂电池被认为是具有极大潜力的替代选择。

固态锂电池是相对液态锂电池而言，是指结构中不含液体，所有材料都以固态形式存在的储能器件。具体来说，是由正极材料+负极材料和电解质组成，而液态锂电池则由正极材料+负极材料+电解液和隔膜组成。全固态锂离子电池的结构包括正极、电解质、负极，全部由固态材料组成，与传统电解液锂离子电池相比具有的优势有：①完全消除了电解液腐蚀和泄露的安全隐患，热稳定性更高；②不必封装液体，支持串行叠加排列和双极结构，提高生产效率；③由于固体电解质的固态特性，可以叠加多个电极；④电化学稳定窗口宽(可达5V以上)，可以匹配高电压电极材料；⑤固体电解质一般是单离子导体，几乎不存在副反应，使用寿命更长。所以，采用固态电解质替代传统有机液态电解液，有望从根本主解决电池安全性问题，是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。

全固态锂电池的关键主要包括制备高室温电导率和电化学稳定性的固态电解质以及适用于全固态锂离子电池的高能量电极材料、改善电极/固态电解质界面相容性。这其中，实现高能量和高功率密度是全固态锂电池目前面临的最大挑战。过渡金属硫化物因其与固态电解质较好的界面相容性、适中的工作电压、良好的化学稳定性以及较高的理论容量引起了广泛关注。与对应的金属氧化物相比，金属硫化物具有更好的导电性、机械性能和热稳定性，以及更高的电化学活性，已经成为业内的主要研究方向之一。但是，现有的全固态锂电池的研究中，正极比容量仍然还需要进一步提高，从而更好的为后续应用提供坚实的基础。

因此，如何找到一种适宜的材料，解决现有全固态锂离子电池存在的上述问题，已成为业内诸多研究人员广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种钴镍双金属硫化物复合材料及其制备方法、应用，特别是一种六方片状钴镍双金属硫化物复合材料，本发明提供的六方片状的二元过渡金属硫化物不仅能实现与固态电解质更高的接触面积，而且片状的结构还有利于界面改性，进而实现能量更高、循环性能更优的全固态锂电池。

本发明提供了一种钴镍双金属硫化物复合材料，包括六方片状的钴镍双金属硫化物以及复合在钴镍双金属硫化物上的Li₇P₃S₁₁材料。

优选的，所述六方片状的钴镍双金属硫化物的片径为0.1～20μm；

所述方片状的钴镍双金属硫化物的厚度为0.01～5μm；

所述钴镍双金属硫化物中钴和镍的摩尔比为(0.1～20)：1；