[发明专利]大孔球状硫化锌/硫化亚铁/碳负极材料及其制备方法

说明书

大孔球状硫化锌/硫化亚铁/碳负极材料及其制备方法，所述负极材料由以下方法制成：（1）将铁源、锌源、硫源与三元有机羧酸加入水中，搅拌溶解至均一溶液；（2）密封，进行加热反应，冷却，过滤，洗涤，干燥，得黑色粉末；（3）在惰性气氛中，焙烧，冷却，得大孔球状硫化锌/硫化亚铁/碳负极材料。本发明大孔球状硫化锌/硫化亚铁/碳负极材料中的硫化锌和硫化亚铁为纯相，二次颗粒粒径为5～8μm，并含有直径0.1～2.0μm的孔道；将其组装成电池，在充放电过程中结构稳定，体积膨胀小，导电性好，充放电反应高度可逆，且具有优异的倍率性能；本发明方法简便，原材料成本低，适宜于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用负极材料及其制备方法，具体涉及一种大孔球状硫化锌/硫化亚铁/碳负极材料及其制备方法。

背景技术

随着人们对便携设备需求的增加和商用锂离子电池的发展，目前主流的石墨负极已经无法满足人们对锂离子电池容量的需求。铁与锌都是廉价金属，其硫化物作为锂离子电池负极材料时，具有较高的理论比容量，但是，其在充放电过程中结构易坍塌，影响比容量和循环性能。

CN104882604B公开了一种ZnS-Al₂O₃/N-C复合电极材料及制备方法，该复合电极材料由硫化锌ZnS纳米晶、无定型氧化铝Al₂O₃和氮掺杂碳N-C三部分组成，其中，ZnS为电化学活性物质，粒径为2～3nm，N-C能提高复合材料的导电性，而无定型Al₂O₃则起到阻隔ZnS在充放电过程中团聚的作用，三种组分的协同作用使复合电极材料表现出高比容量、高倍率性能和高循环稳定性。但是，在0.2A/g电流密度下，ZnS-Al₂O₃/N-C首圈充电质量比容量为663.7mAh/g，首圈效率仅为58%，即首效较低，商业化的可能性较低。

CN105355890 A公开了一种锂离子电池负极硫化锌-石墨烯复合材料的制备方法及应用，是通过原位合成、离心、干燥，得到ZnS-RGO复合材料作为新型锂离子电池负极。虽然在40mA/g的电流密度下进行测试，首圈放电比容量为1126.6mAh/g，但是，该材料在循环100圈后，放电容量仅为250mAh/g，循环稳定性能较差。

CN103274474A公开了一种杆状铁酸锌及其制备方法，所述杆状铁酸锌的直径为7.0～500nm，长径比为3.0～20，杆状径向由1～20个纳米颗粒构成，单个纳米颗粒的尺寸为7.0～30nm；所述制备方法选用硫酸亚铁与氯化锌为原料，以草酸为沉淀剂，进行室温沉淀，混合反应后，经陈化、离心、洗涤、干燥和热处理，得到由纳米颗粒构筑的杆状铁酸锌。虽然该材料具有优异的电化学性能，但是，在制备的过程中，溶液滴加及陈化均需要隔绝空气，对环境要求较高，不利于大量生产。

CN103413941A公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法，所述锂离子电池负极材料采用低温水热法，以十二烷基硫酸钠为表面活性剂，可溶性亚铁盐和尿素为原料，在一定的温度和时间下制备得到微纳米级碳酸亚铁负极材料。虽然该材料制备方法简单，但是，将所得碳酸亚铁负极材料首次应用于锂离子电池，在0.05～3.0V，200mA/g电流密度下首次放电比容量达到900～1110mAh/g，经过100次循环放电比容量仅585～640mAh/g，材料的循环性能较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种在充放电过程中循环性能稳定，容量较高，且制备方法简单，原材料成本低，适宜于工业化生产的大孔球状硫化锌/硫化亚铁/碳负极材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：大孔球状硫化锌/硫化亚铁/碳负极材料，由以下方法制成：

（1）将铁源、锌源、硫源与三元有机羧酸加入水中，搅拌溶解至均一溶液；