[发明专利]一种锂离子电池用氮硫共掺杂碳包覆锡/二硫化钼复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池用氮硫共掺杂碳包覆锡/二硫化钼复合材料的制备方法。本发明通过将氮硫共掺杂碳，金属锡(Sn)和二硫化钼(MoS₂)进行复合，三种组分之间产生协同效应，氮硫共掺杂碳能够增加材料电子电导率和锂离子扩散速率，同时抑制了金属锡(Sn)体积膨胀和二硫化钼(MoS₂)团聚。因此，所制备氮硫共掺杂碳包覆Sn/MoS₂复合材料具有优异电化学性能，表现出优异倍率性能和循环稳定性。该方法工艺简单，成本低，环境友好，适用于大规模工业生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用氮硫共掺杂碳包覆锡/二硫化钼复合材料及其制备方法。

背景技术

由锂离子电池具有开路电压高、循环寿命长、能量密度高以及无记忆效应等优点，使得锂电子电池在便携数码产品，电动汽车以及储能领域得到广泛的应用。但是由于目前商业化石墨负极存在比容量低和倍率性能差等缺点，限制了锂离子电池在电动汽车及大规模储能领域的应用。为了满足人们对高能量密度锂离子电池的需求，提高锂离子电池负极材料的比容量成为锂离子电池的重要研究方向。

作为一种研究广泛的锂离子电池负极材料，金属锡具有高达990mA h g^-1的理论比容量，另外金属锡的脱嵌锂电位在0.5V左右，因此金属锡是一种非常理想的锂离子电池负极材料。但是由于金属锡在充放电过程中体积膨胀过大，使得金属锡直接作为锂离子电池负极材料时，循环性能和倍率性能非常的差。为了解决金属锡负极的这一缺点，研究者采用了非常多的方法来提高其电化学性能。材料纳米化、各种纳米结构的设计以及各种复合材料的构建使得金属锡负极的电化学性能得到了很大的提高。

二硫化钼作为一种典型的类石墨烯层间过渡金属硫化物，以其独特优异的电学、热学、力学等性能,在摩擦学、能源、电子器件和光电等领域受到了广泛关注。近年来，二硫化钼作为锂离子电池负极材料研究也引起了研究者们的兴趣。二硫化钼作为锂离子电池负极材料，容具有669mA h g^-1的理论比容量。但是,由于二硫化钼自身导电性差,而且容易重新堆叠,在循环过程中会失去良好的电连接和锂离子通路,最终导致循环过程中容量迅速下降。为了能够很好的解决这一问题，构建二硫化钼复合材料是一种非常有效的方法。

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锂离子电池用氮硫共掺杂碳包覆锡/二硫化钼复合材料及其制备方法，本发明提供的氮硫共掺杂碳包覆Sn/MoS₂复合材料具有优异电化学性能，表现出优异倍率性能和循环稳定性。

本发明提供了一种锂离子电池用氮硫共掺杂碳包覆锡/二硫化钼复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将锡盐、钼盐、碱金属盐、硫源化合物和水混合，得到混合盐溶液；

B)将有机碳源与所述混合盐溶液在加热条件下混合搅拌，得到混合溶液；

C)将氮源和硫源化合物与步骤B)中的混合溶液在加热条件下混合搅拌，得到混合溶液；

D)将步骤C)的混合溶液冷冻后再冷冻干燥，得到粉末材料；

E)在惰性气氛条件下，将所述粉末材料烧结后洗涤干燥，得到锂离子电池用氮硫共掺杂碳包覆锡/二硫化钼复合材料。

优选的，步骤A)中，所述锡盐选自四氯化锡、硫酸亚锡和硝酸亚锡中一种或多种，所述混合盐溶液中锡盐的浓度为0.5～2mol/L；

所述钼盐选自钼酸钠，钼酸钾和钼酸铵中的一种或多种，所述混合盐溶液中钼盐的浓度为0.5～2mol/L；

所述硫源化合物选自硫脲，硫化钾，硫化钠和硫化铵中的一种或多种，所述混合盐溶液中硫源化合物的浓度为0.5～2mol/L；