[发明专利]一种FeS2-x

说明书

本发明提供了一种FeS_2‑xSe_x固溶体正极材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将铁盐、PAN溶于有机溶剂中，不断搅拌形成均匀的纺丝液；利用静电纺丝将纺丝液纺织成分布有铁前驱体的纳米纤维，然后于800‑1200℃条件下碳化；将S粉和Se粉混合均匀，将S粉Se粉混合物和碳化后的纳米纤维进行硫化硒化，制得。该正极材料可有效解决现有的FeS₂正极材料存在的循环稳定性差的问题。

技术领域

本发明属于正极材料技术领域，具体涉及一种FeS_2-xSe_x固溶体正极材料及其制备方法。

背景技术

随着对长距离驾驶的电动车辆的需求已经超过了目前商用锂离子电池的能力，迫切需要开发具有更高能量密度的锂离子电池。金属锂负极和固体电解质的快速发展，使得低容量正极成为限制商业化高能量密度锂电池的主要瓶颈，开发具有高能量密度的正极材料用于锂电池迫在眉睫。FeS₂在众多正极材料中具有价格便宜，易合成，理论比容量高(达到894mAh g^-1)等优点，是作为高能量密度电池正极材料的最佳选择。将其用作正极材料，在首次循环之后，Li-FeS₂电池将转变成Li-FeS_y及Li-S电池，因此在循环中存在严重的体积膨胀，活性物质电子电导率低，动力学缓慢，多硫化物“穿梭效应”等问题。

Se与S是同主族元素，与S具有相似的化学性质，电导率是S的1023倍。基于Se的高导电性，目前更多的研究集中在以Se替代S作为Li-Se电池正极材料，以此提高循环性能。同样是利用Se的高导电性以及良好的循环稳定性，有研究团队通过使用FeSe₂作为正极材料提高循环稳定性，在2000圈的循环后仍然保持容量稳定，这是FeS₂材料难以媲美的。然而，同样是四电子反应，FeSe₂的理论容量却低于FeS₂，这也是限制其发展的原因之一。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种FeS_2-xSe_x固溶体正极材料及其制备方法，该正极材料可有效解决现有的FeS₂正极材料存在的循环稳定性差的问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种FeS_2-xSe_x固溶体正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将铁盐、PAN溶于有机溶剂中，不断搅拌形成均匀的纺丝液；

S2：利用静电纺丝将S1中的纺丝液纺织成分布有铁前驱体的纳米纤维，然后于800-1200℃条件下碳化；

S3：将S粉和Se粉混合均匀，将S粉Se粉混合物和S2中碳化后的纳米纤维进行硫化硒化，制得。

进一步地，S1中铁盐为草酸铁、二茂铁或乙酰丙酮铁。

进一步地，S1中的纺丝液中PAN的质量浓度为0.03-0.07g/ml。

进一步地，S1中的纺丝液中PAN的质量浓度为0.05g/ml。

进一步地，S2中于1000℃条件下碳化；

进一步地，S2中碳化后纳米纤维的直径为1-2μm，长度为20-50μm。

进一步地，S2中铁前驱体的粒径为20-50nm，其形状为不规则多面体。

进一步地，S3中S粉与Se粉的摩尔比为2-9:1，碳纳米纤维上铁前驱体与S粉的摩尔比为1:2-4。

进一步地，S3中S粉与Se粉的摩尔比为4:1，碳纳米纤维上铁前驱体与S粉的摩尔比为1:4。