[发明专利]金属硫化物及碳的复合材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用

权利要求书

1.一种金属硫化物及碳的复合材料的制备方法，其特征在于，制备步骤包括静电纺丝步骤以及引入硫源进行硫化的步骤。

2.根据权利要求1所述的一种金属硫化物及碳的复合材料的制备方法，其特征在于，所述引入硫源采用了原位法；制备步骤包括：

将金属盐、纺丝聚合物、硫源混合溶于有机溶剂形成混合物；

金属盐和硫源原子摩尔比为所述金属硫化物的组成原子比，金属盐溶于有机溶剂的摩尔浓度为0.5～1.5mol/L，纺丝聚合物与有机溶剂的质量比为5～15wt%:95～85wt%；

2）混合物于30～70℃条件下，搅拌6～12h，通过加入适量的酸或碱，调节PH值范围6～7，得到静电纺丝前驱液；

3）利用静电纺丝法制得到含前驱物的纺丝纤维布：在温度40℃，湿度10%条件下，将前驱液匀速流向纺丝针头，在静电场的作用下形成纳米纤维，利用接收器接受纤维形成纺丝纤维布；

4）将纺丝纤维布置于马弗炉中进行预氧化，升温速率2～10℃/min，预氧化温度为200～300℃，保温1～2h，随炉冷却；

5）将预氧化后的纺丝纤维置于管式炉中进行纤维碳化，在Ar气氛下，升温速率2～5℃/min，碳化温度为500～700℃，保温2～6h，随炉冷却，制得金属硫化物及碳的复合材料。

3.根据权利要求2所述的一种金属硫化物及碳的复合材料的制备方法，其特征在于，所述硫源为L-半胱氨酸、硫代硫酸钠或硫脲的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种金属硫化物及碳的复合材料的制备方法，其特征在于，所述引入硫源采用了后处理法；制备步骤包括：

将金属盐、纺丝聚合物混合溶于有机溶剂形成混合物；

金属盐溶于有机溶剂的摩尔浓度为0.5-1.5mol/L，纺丝聚合物：有机溶剂的质量比为5～15wt%:95～85wt%；

2）混合物于30～70℃条件下，搅拌6～12h，通过加入适量的酸或碱，调节PH值范围6～7，得到静电纺丝前驱液；

3）利用静电纺丝法得到含前驱物的纺丝纤维布，在温度40℃，湿度10%条件下，将前驱液匀速流向纺丝针头，在静电场的作用下形成纳米纤维，利用接收器接受纤维形成纺丝纤维布；

4）将纺丝纤维布置于马弗炉中进行预氧化，升温速率2～10℃/min，预氧化温度为200～300℃，保温1~2h，随炉冷却；

5）将预氧化后的纺丝纤维布置于管式炉中进行纤维碳化，在H₂含量5～10%，Ar含量90～95%的混合气氛下，升温速率2～5℃/min，碳化温度为500～700℃，保温2～6h，随炉冷却；

6）将碳化后的纤维布按照步骤1）所述金属盐与硫原子摩尔比为硫化物组成原子比与硫粉混合，置于玻璃管中抽真空封管，将封管后的玻璃管置于管式炉中进行后期硫化，升温速率2～5℃/min，硫化温度400～600℃，保温2～5h，随炉冷却，制得金属硫化物及碳的复合材料。

5.根据权利要求2或4所述的一种金属硫化物及碳的复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐为醋酸盐、氯化盐、硝酸盐的一种或多种，所述纺丝聚合物为聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯或聚乙烯吡咯烷酮的一种或多种，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二氯乙烷、乙醇或乙二醇的一种或多种。

6.根据权利要求1～5任一项制备方法制得的一种金属硫化物及碳的复合材料在钠离子电池中的应用，其特征在于所述金属硫化物及碳的复合材料直接作为钠离子电池中的负极材料，不需要集流体，不需要配合粘结剂和导电剂的制浆过程。