[发明专利]一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料领域，涉及一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法和应用，用以解决单一VSsubgt;2/subgt;或SnSsubgt;2/subgt;导电性差，电化学循环不稳定及多硫化物穿梭导致的电极过早失效的问题。将偏钒酸铵、硫代乙酰胺、结晶四氯化锡和石墨烯分散液依次加至有机溶剂混合搅拌形成均匀溶液后密闭反应，经后处理后于氮气下退火，得到针状VSsubgt;2/subgt;/SnSsubgt;2/subgt;/rGO复合材料。将其作为负极材料组装成快充锂离子电池后，具有稳定的快充性能，在2 A/g的大电流密度下，首次充、放电比容量为357 mAh/g、585 mAh/g，库伦效率61%；循环2000次后充、放电比容量依然分别为441 mAh/g和442 mAh/g，容量保持率75.6%。

技术领域

本发明属于电池材料领域，涉及一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

层状过渡金属硫化物被认为是下一代锂离子电池极具发展前景的负极材料。VS₂具有较大的层间距（5.76 Å）和特殊的S-V-S三明治结构，有利于锂离子的嵌入与脱嵌。同时，它的理论容量高达1397 mAh g^-1。因此，层状VS₂将是一种非常值得研究和开发的优良的电极材料。SnS₂是一种低成本的锂离子电池负极材料，具有层状结构，由一层锡原子夹在两层六边形紧密排列的硫原子之间。层间距离（0.59 nm）有利于Li⁺（0.076 nm）的嵌入/脱嵌。此外，SnS₂负极具有较高的理论容量（645 mAh g^-1）。

VS₂与SnS₂均有相同的问题待解决。例如，材料均为半导体，导电性差；在锂离子的嵌入-脱嵌过程中，电极材料会发生一定程度的变形脱粉，导致电化学稳定性下降；再有多硫化物的穿梭效应也可能导致电极过早失效。如Liu等研究了一种简单的溶剂热法开发片状SnS₂/还原氧化石墨烯（rGO）异质结构，研究发现，SnS₂纳米片和rGO纳米片之间的复合材料通过范德华相互作用紧密耦合，提供了有效的电子/离子路径以确保高导电性和足够的缓冲空间以减轻体积膨胀。SnS₂/rGO异质结构阳极在200 mAg^–1的电流密度下循环120次后可以获得840 mAh g^–1的容量，并在1000 mAg^–1下循环1000次后仍保持450 mAh g^–1的容量。虽然片状SnS₂/rGO异质结构提供了电子/离子通道，确保了高导电性和足够的缓冲空间来缓解体积膨胀，但其电化学稳定性仍有待进一步提升（Liu J , Chang Y , Sun K .Sheet-Like Stacking SnS₂/rGO Heterostructures as Ultrastable Anodes forLithium-Ion Batteries[J]. ACSapplied materialsinterfaces, 2022(9):14.）。

发明内容

针对单一VS₂或SnS₂导电性差，电化学循环不稳定及多硫化物穿梭导致的电极过早失效的技术问题，本发明提出一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法和应用。所述材料为VS₂/SnS₂/rGO复合材料，VS₂与SnS₂的复合使得材料的混乱度增加，并且由于两种化合物的协同效应，两种材料复合后的电导率将高于其中任何一种材料的电导率，材料的稳定性也将增加。同时与还原氧化石墨烯（rGO）复合后，材料嵌入在还原氧化石墨烯层间，进一步增强材料的稳定性，进而提高电极材料的电化学性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种锂离子电池负极复合材料的制备方法，步骤如下：