[发明专利]一种稀土掺杂过渡金属硫化物/碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种稀土掺杂过渡金属硫化物/碳复合材料及其制备方法和应用，属于锂硫电池技术领域。本发明提供了一种稀土掺杂过渡金属硫化物/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：将稀土化合物、过渡金属化合物、碳源和溶剂混合后干燥，得到前驱体粉末；将所述前驱体粉末碳化，得到稀土掺杂过渡金属/碳复合材料；将所述稀土掺杂过渡金属/碳复合材料氧化，得到稀土掺杂过渡金属氧化物/碳复合材料；将所述稀土掺杂过渡金属氧化物/碳复合材料与硫混合后，在保护气氛下进行硫化，得到所述稀土掺杂过渡金属硫化物/碳复合材料。利用稀土金属离子对过渡金属硫化物进行掺杂，来进一步提高过渡金属硫化物对Li₂S_n的催化分解作用。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，尤其涉及一种稀土掺杂过渡金属硫化物/碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，锂硫电池因具有高理论比容量、高理论比能量、环境友好等优点而受到广泛关注。但是，锂硫电池在充放电过程中产生可溶的长链多硫化锂Li₂S_n(2n8)，Li₂S_n在正负极之间的“穿梭效应”引起硫正极导电性变差、锂负极腐蚀粉化等问题，导致锂硫电池库伦效率低、容量衰减快、循环寿命短，最终限制了锂硫电池的实际应用。

为了抑制Li₂S_n的穿梭效应、提高正极材料的循环利用率，目前主要的改性措施包括Li₂S_n的包覆、Li₂S_n的吸附以及Li₂S_n的催化分解。其中，Li₂S_n的催化分解是利用金属、金属氧化物或金属硫化物对Li₂S_n氧化还原反应的电催化，促进充放电过程中长链Li₂S_n向短链Li₂S或Li₂S₂的转化，从而抑制Li₂S_n的穿梭效应，具体的如钪、锌、氧化锌、氧化铜以及二硫化钼，但是现有技术中的金属、金属氧化物或金属硫化物对Li₂S_n的催化分解存在效率不高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种稀土掺杂过渡金属硫化物/碳复合材料及其制备方法和应用。本发明制得的稀土掺杂过渡金属硫化物/碳复合材料对Li₂S_n的催化分解效率高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种稀土掺杂过渡金属硫化物/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将稀土化合物、过渡金属化合物、碳源和溶剂混合后干燥，得到前驱体粉末；

将所述前驱体粉末碳化，得到稀土掺杂过渡金属/碳复合材料；

将所述稀土掺杂过渡金属/碳复合材料氧化，得到稀土掺杂过渡金属氧化物/碳复合材料；

在保护气氛中，将所述稀土掺杂过渡金属氧化物/碳复合材料与硫混合进行硫化，得到所述稀土掺杂过渡金属硫化物/碳复合材料。

优选地，所述稀土化合物中的稀土元素和过渡金属化合物中的过渡金属元素的摩尔比为0.01～0.1:1。

优选地，所述稀土化合物中的稀土元素包括铕、镝、铈、钇和钆中的一种或多种。

优选地，所述过渡金属化合物中的过渡金属元素包括镍、钴和铁中的一种或多种。

优选地，所述稀土化合物和过渡金属化合物的总质量与碳源的质量比为1:10～100。