[发明专利]一种制备锂离子电池微孔碳吸附辉锑矿复合负极的方法

说明书

本发明公开一种制备锂离子电池微孔碳吸附辉锑矿复合负极的方法，该方法采用熔融复合法，通过将辉锑矿与微孔活性炭混合熔融，使辉锑矿被活性炭吸附，从而制备得到粒径仅有2‑10nm的超细硫化锑‑碳复合负极。该微孔碳吸附辉锑矿复合负极能够极大地提升硫化锑的电子导电性、缓解体积膨胀，具有优良的循环稳定性和倍率性能。同时，本发明以商用天然辉锑矿为原料，通过低温短时熔融法制备材料，流程短、成本低、无污染，有较大的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种制备锂离子电池微孔碳吸附辉锑矿复合负极的方法。

背景技术

作为便携式电子设备最成功的能量储存和供应系统，锂离子电池目前正在拓展其在电动/混动汽车和大规模电网储能领域的应用。由此产生的市场需求和潜在的收效激发了对具有比容量高、循环稳定耐用、倍率性能优良的高性能储能电极材料的研究，以取代目前商业上成功的石墨负极(372mAh g^-1)材料。

在众多新型可替代负极中，金属硫化物由于其独一无二的物理和化学性质(数倍于石墨负极的理论比容量、机械和热力学稳定性等)得到了研究人员的广泛关注。作为其中的一种，硫化锑(Sb₂S₃)被认为是锂离子电池中最具应用潜力的负极材料之一。其理论比容量高，易于制备，储量丰富。然而，在嵌锂/脱锂过程中，硫化锑颗粒伴随严重的体积变化，破坏电极结构，进一步致使循环状态恶化。同时，在大颗粒硫化锑中，锂离子扩散动力学受限，大颗粒与电解液的接触面积有限，导致其容量不足以完全发挥。

为了解决上述问题，研究人员做了许多工作。合成纳米结构硫化锑是一种重要的改性手段，纳米结构能够缩短锂离子的扩散路径，增加电极和电解液的接触面积，并且容纳嵌锂过程中的机械应力。另一种重要的提升导电性、缓解体积效应的方法是将活性材料分散到高导电基体中，制备复合负极材料。

Yucheng Dong等(Nanoscale,2018,10,3159)通过水热法制备出Sb₂S₃ nanorods附着于石墨烯纳米片的新型复合负极，该负极表现出了良好循环稳定性。

Peng Ge等(Materials Chemistry and Physics,203,2018,185-192)通过水热法制备出碳包覆的Sb₂S₃空心球应用于钠离子电池负极，可稳定循环100圈。

Jianjun Xie等(Nano-Micro Lett.2018,10:12)通过水热法制备出Sb₂S₃空心微米球负极，并探究了其在锂离子电池和钠离子电池中的电化学特性。

尽管上述工作都改善了硫化锑材料地导电性、缓解了体积效应，但其制备方法都为水热等溶液法，避免不了废水、重金属离子的产生。同时其使用的碳质基体(石墨烯、氧化石墨烯、氧化还原石墨烯)价格偏高，不利于调控成本。都是水热法所用试剂为高纯商业试剂，加上其冶金提纯过程，成本进一步升高。

发明内容

本发明的目的是解决现有锂离子电池硫化锑负极导电性差、嵌锂体积变化严重，及其现有制备方法成本高、流程长的缺点，提出一种制备锂离子电池微孔碳吸附辉锑矿复合负极的方法。

为达到上述目的，本发明提出的一种制备锂离子电池微孔碳吸附辉锑矿复合负极的方法，包括以下步骤：

将预设质量的微孔活性炭、辉锑矿混合并干燥后加热到辉锑矿熔点以上使其熔融，在微孔的毛细吸附作用下熔融辉锑矿进入微孔中，并在冷却后维持填充于微孔活性炭中，其中，微孔活性炭的孔径为2-10nm，且比表面积在1000-1700m²/mg。

优选地，辉锑矿、微孔活性炭混合的质量比为80:20-20:80。

优选地，辉锑矿的纯度在wt.90％以上。