[发明专利]一种金属硫化物@石墨层电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属硫化物@石墨层电极材料及其制备方法，其由纳米金属硫化物颗粒和石墨层片组成，其化学通式为MS_x@C，1≤X≤3；其中：纳米金属硫化物颗粒粘附于石墨层片上以及石墨层片的夹缝中，纳米金属硫化物颗粒与石墨层片的质量比为(10～80):(20～90)。本发明采用在空气中，相比于现行的水热法、溶剂热法和刻蚀法等方法，材料制备过程简单易操作，产品质量稳定，工艺重复性能好，适合于大规模工业化生产；本发明所提出的方法通过调控金属硫化物和石墨的分布，构建了有规律的二维致密层状结构，插入的金属硫化物可以诱导强烈的电荷转移化学掺杂效果，并增加石墨层间适中的层间距离，加速循环过程中离子的迁移速度，有效提高了电极材料的综合性能。

技术领域

本发明属于碱金属离子电池技术领域，具体涉及一种金属硫化物@石墨层电极材料及其制备方法。

背景技术

碱金属离子电池是目前使用最广泛的储能器件，也是储能领域最受关注的研究点。在现有的电池系统中，电极材料作为电池的关键元素，对电池的整体性能和实际应用价值起着决定性作用。对于目前的碱金属离子电极材料，碳基材料，过渡金属氧化物@硫化物，金属基化合物和有机化合物已经得到深入的研究。为了不断提升碱金属离子电池的综合性能，同时降低生产成本，推进其在实际中的应用，开发高性能、高振实电极材料是关键。

金属硫化物具有较高的理论容量，但作为电极材料主要存在以下不足：导电性差且循环过程中有着较大的体积膨胀，容易造成电极粉碎，且电子/离子在电极材料中扩散缓慢，极大限制了循环和倍率性能。目前研究热点是利用纳米技术、复合化技术以及对材料结构进行改性等方法来解决材料的体积膨胀和电导率低等问题。材料的纳米化在一定程度上能有效缓解金属硫化物材料的体积变化，复合化可以提高材料的导电性，增强电极的倍率性能，但其条件苛刻，成本较大，限制了大规模生产的可能性。因此研究更简单有效的方法来合成高振实金属硫化物/石墨结构电极材料具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备方法简单、电化学性能好的金属硫化物@石墨层电极材料及其制备方法。

本发明这种金属硫化物@石墨层电极材料，由纳米金属硫化物颗粒和石墨层片组成，其化学通式为MS_x@C，1≤X≤3；其中：纳米金属硫化物颗粒粘附于石墨层片上以及石墨层片的夹缝中，纳米金属硫化物颗粒与石墨层片的质量比为(10～80):(20～90)。

所述的纳米金属硫化物颗粒的离子电导率为(5.1～15)×10⁴S/m，金属硫化物@石墨层电极材料的振实密度为0.95～2g/cm³。

本发明这种金属硫化物@石墨层电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将石墨材料A和金属盐B分别进行干燥，干燥后的石墨材料A和金属盐B按照设定的比例进行混合，混合均匀后，在氧含量低于500ppm的条件下，进行热处理，得到产物C；

2)将步骤1)中的产物C先在酸性溶液下进行清洗，接着用离子水和乙醇混合溶液进行清洗，然后进行干燥，得到前驱体D；

3)将步骤2)中的前驱体D进行氧化处理，氧化处理完毕后，用酸性溶液进行清洗，清洗完毕后，干燥，得到金属氧化物@石墨层；

4)将步骤3)中的金属氧化物@石墨层与硫源混合均匀，在惰性气氛下在管式炉中进行煅烧，得到金属硫化物@石墨层电极材料。