[发明专利]一种掺杂炭或过渡金属的铁硫化合物复合材料的制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种掺杂炭或过渡金属的铁硫化合物复合材料的制备方法和应用，制备过程中，将有机溶剂和无机溶剂混合充分得到混合溶剂，向混合溶剂中加入包括铁源、过渡金属源或碳源，加热进行有机‑无机杂化反应，过滤、洗涤滤饼并干燥，将干燥后的滤饼于硫源环境下煅烧反应得到目标产物。将制备的掺杂炭或过渡金属的铁硫化合物复合材料作为碱金属离子电池中的正极材料活性物质。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种掺杂炭或过渡金属的铁硫化合物复合材料的制备方法和应用。

背景技术

随着科技的进步和人们生活水平的提高，越来越多的高新科技产品出现在我们的日常生活中，如蓝牙耳机、移动充电器、遥控飞机、机器人和电锁门禁等。这些产品常用的化学电源之一是锂离子电池，因为它们具有无记忆效应、对环境友好和寿命长等优势。但是目前，商业上普遍使用三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂等作为锂离子电池的正极材料，其理论比容量较低(＜300mAh·g^-1)，这些已经无法满足人们对高能量密度锂离子电池的需求。

目前很多研究者一直在致力于寻找新型的电极材料以提高锂离子电池的容量、快速充放电能力、安全性和循环寿命。在这其中，FeS_Z(Z≥1)具有非常高的理论比容量(＞600mAh·g^-1)、低成本、资源丰富、无污染等优点引起人们的研究兴趣。但是FeS_Z(Z≥1)导电性较差，且在充放电过程中容易出现体积膨胀的问题，影响电池的容量衰退、循环性能和倍率性能。造成这样的原因有两个方面：一方面，电池一旦发生锂化反应，元素Li表面的电子迁移速度远大于元素内部的电子迁移速度，FeS_Z(Z≥1)材料根本无法承受这么大的体积变化，最终从底部开始出现裂纹，材料出现粉化现象；另一方面，有研究表明FeS_Z(Z≥1)在首圈充放电后会生成游离态铁离子和硫离子，这两者都易溶于电解液带来“双穿梭效应”，引起容量的衰退，铁离子还容易沉积在正极表面，阻碍了正极表面SEI膜与电解液的接触，游离态的铁离子与FeS₂发生反应，降低电池的电位。

为此，有研究者提出将碳网结构或过渡金属氧化物(Fe_xO_y)与FeS_Z(Z≥1)材料通过复合、掺杂或者包覆的手段进行重组来缓解FeS_Z(Z≥1)的体积变化，但是依然无法缓解FeS_Z(Z≥1)在充放电后生成游离态铁离子所带来的问题，且Fe_xO_y中Fe更是会加深这种问题的存在。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种掺杂炭或过渡金属的铁硫化合物复合材料的制备方法：

(1)将有机溶剂和无机溶剂混合充分得到混合溶剂，

有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛烷、环己烷、环己酮、甲苯环己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、甲醇、乙醇、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、苯酚、丙三醇、甲酸、乙醇、三氯乙烯、三氯丙烷、四氯乙烯、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、水合肼、多聚磷酸水溶液、氟氯化硫酰、乙酸铅水溶液、乙二胺中的一种或几种的混合，

无机溶剂为水、氯化亚砜、硫酰氯、氰化氢、液态二氧化碳、液氨、液态二氧化硫、铜氨水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液、氟化氢水溶液中的一种或几种的混合，

(2)向步骤(1)中得到的混合溶剂中加入包括铁源、过渡金属源或碳源，加热进行有机-无机杂化反应，过滤、洗涤滤饼并干燥，

铁源为铁的有机配合物，比较典型的是乙酰丙酮铁、硫氰化铁等，