[发明专利]一种电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种电极材料及其制备方法和应用。本发明的电极材料中，将二硫化铼纳米片和梭型结构的FeS₂相结合，合成表面有片状结构ReS₂的梭型FeS₂颗粒。这种结构可以增大电解质与材料的接触面积，使得材料在电池运行中不容易发生膨胀，在提升性能的同时能够很好的保持结构的完整性。ReS₂纳米片可以很容易生长在多孔碳质框架上，在作为电极材料时运作的过程中能够保持结构的完整性。同时ReS₂纳米片具有独特的各向异性，拥有较大的插层空间，允许电子/离子快速转移，这样的特殊性质能够有效提升电池的性能。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

为了实现低碳经济和可持续发展，需要探索新的储能材料。在这些新型材料中，金属有机框架化合物(Metal organic Framework，简称MOFs)是一类多孔材料，这类材料由于具有超高的比表面积、可控的结构、大的孔隙体积和可调节的孔隙度，在储能和转换系统中得到了越来越多的应用。除了原始的MOFs外，多孔碳和纳米结构金属氧化物等MOF衍生物在储能和转换应用中也具有很好的性能。其中，MIL-88是一种多面体形状的特殊MOFs材料，常被用作电池阳极材料的前驱体。MIL-88也是一种特殊的MOFs材料，具有铁元素。通常将MIL-88进行后续操作，例如将MIL-88进行氧化、硫化磷化等操作后分别得到氧化铁、硫化铁和磷化铁等化合物。这些铁基化合物作为电池阳极材料，由于铁基化合物具有较好的导电率，能使电池具有很好的电池容量。铁是地壳中含量最丰富的过渡金属元素（约占了所有过渡金属的84 ％），自然界中的铁普遍以氧化态的形式存在，氧化态中的铁元素化合价分布广泛，从-2到+7都有。铁基化合材料的形态结构呈多样化，可以形成在不同电压范围内的各个铁基材料的电化学活性。铁基材料还具有无毒无害、成本低和资源丰富等多种优势，是解决能源问题的优异材料，因此与铁相联系的电极材料也具有很好的应用前景。

单纯的硫化铁作为电极材料，性能比较单一，同时还存在一些无法克服的影响性能的因素，这些因素容易导致电池的性能不好甚至导致容量降低，使用寿命减少等问题。例如，在电池的运行中材料会发生体积膨胀，而硫化物发生体积膨胀比较严重，因此需要增大材料和电解液的接触面积，增加材料表面的活性位点。

相关技术中，通常是将MIL-88置于管式炉中进行煅烧，在不同的气体条件和操作条件下煅烧出不同的铁基化合物，但同时又保持了原来MIL-88的形貌，例如在空气中煅烧得到多面体形状的氧化铁，在惰性气体（例如氮气）的条件下与硫粉一起混合煅烧得到硫化铁化合物。这样得到的硫化铁化合物导电性能好，同时表面硫化铁表面粗糙且多孔，非常有利于电子和离子的传输传导，从而提高了电池的容量。然而，相关技术合成的纯FeS₂在电池的运行中不稳定且容易发生膨胀，这样容易导致电池短路甚至影响电池的性能和使用寿命。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种电极材料，该电极材料包括梭型FeS₂颗粒，以及负载于所述梭型FeS₂颗粒上的ReS₂纳米片，该电极材料具有稳定的形貌，在充放电过程中不易发生膨胀。

本发明的第一方面提供了一种电极材料，包括FeS₂，以及负载于所述FeS₂上的ReS₂纳米片。

本发明的电极材料，至少具有以下有益效果：