[发明专利]一种FeSz

说明书

本发明属于材料合成和电化学技术领域，特别涉及一种FeS_z‑Fe_xO_y核壳结构复合材料及其制备方法和应用，对FeS_z进行有氧气气氛所参与的煅烧，煅烧后进行骤冷处理，通过控制煅烧时间和/或温度以制得不同包覆厚度的FeS_z‑Fe_xO_y核壳结构复合材料。再将FeS_z‑Fe_xO_y核壳结构复合材料与导电剂、粘结剂充分混合后涂覆在集流体上，将所得的集流体烘干得到正极片，将所得的正极片与包括负极片、电解液、隔膜组装成电池。

技术领域

本发明属于材料合成和电化学技术领域，特别涉及一种FeS_z-Fe_xO_y核壳结构复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

迄今为止，大多数商用锂离子电池(LIB)仍基于石墨负极和插入型LiMO₂(M为过渡金属)正极。然而，这些系统无法满足对大型电网储能和电动汽车(EV)的高能量密度日益增长的要求。为了增加能量密度，数十年来已经进行了巨大的研究。然而，尽管如今有各种潜在的负极材料可供使用，但正极却并非如此。

过渡金属硫化物有望取代传统的嵌入型氧化物正极材料，其中，自然界中含量丰富且环保的硫化亚铁(FeS)特别具有吸引力，这归因于其合理的Li储存能力(与FeS₂相比)和基于完全锂化的高理论容量609mAh·g^-1(FeS+2Li⁺+2e^-→Fe+Li₂S)，远高于现有技术中流行的富Ni的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极(200mAh g^-1)。然而，由于低电导率FeS_z、在嵌锂/脱锂过程中的体积膨胀以及锂在嵌入过程中的转化反应涉及到Li₂S_x中间相的生成，并且Li₂S_x容易溶解在液体电解质中，导致电池容量衰减，使电池的循环性能恶化。因此，需要对FeS_z材料进行改性。

包覆措施能够在一定程度上抑制电极材料在嵌锂/脱锂过程中的体积膨胀以及电极材料被电解液的溶解侵蚀，有利于正极材料的循环性能；但是由于一般的包覆材料相比于电极材料在电池中的稳定性更好，因此包覆后会阻碍电池放电过程中电解液中的锂离子向正极材料中的嵌入，这一点也会降低电池的放电比容量。如何尽量减少包覆本身对电池放电比容量的影响，一直以来也是行业内所探究的方向。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种FeS_z-Fe_xO_y核壳结构复合材料，FeS_z-Fe_xO_y核壳结构复合材料以FeS_z为核，在其表面包覆有Fe_xO_y，FeS_z为FeS、FeS₂或这两者的混合物，Fe_xO_y为Fe₂O₃、Fe₃O₄或这两者的混合物，内核与壳层之间通过过渡层连接，壳层的厚度为内核直径的30％～90％，

制备方法为：对FeS_z进行有氧气气氛参与的煅烧，煅烧后进行骤冷处理，通过控制煅烧时间和/或温度以制得不同包覆厚度的FeS_z-Fe_xO_y核壳结构复合材料，煅烧温度控制为400～600℃，煅烧时间控制为0.5～2小时，骤冷处理的冷却速率为80℃/min～200℃/min，