[发明专利]锂铌硫化物的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池领域，特别是涉及锂铌硫化物的制备方法和应用。 

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、循环寿命长和对环境友好，已经广泛用作便携式电源。电化学、物理学和材料科学等很多学科的研究热点和重点也都放在高性能高容量的锂离子电池电极材料上。随着对这些材料的深入研究及工艺的日趋成熟，锂离子电池的应用领域更为宽广，不仅应用于小型的电子产品中，而且在动力汽车的电源上也发挥越来越重要的作用。 

1976年，二硫化钛的硫化物已经应用于锂离子二次电池的电极材料，但是采用金属锂作为负极，在充放电过程中，枝晶锂不能可逆地溶解与沉淀，随着枝晶锂的生长刺破隔膜，引发了安全性问题。Exxon能源公司尝试将TiS₂/Li锂二次电池商业化的举措以失败告终，硫化物的研究一度停滞。直到上个世纪90年代锂离子电池采用锂离子自由嵌入脱出骨架的材料而避免使用金属锂作为负极，获得了商业化。硫化物电池也可以通过采用脱嵌锂材料取代金属锂负极而避免安全性问题的发生。 

因此锂离子电池硫化物的研究受到了关注。然而，一般的锂离子电池硫化物的制备方法，在反应完成冷却后，需使用大量有机溶液来萃取回收产物，工艺繁琐，而且给环境带来很大危害。 

发明内容

基于此，有必要针对现有的锂离子电池硫化物的制备方法对环境带来危害的问题，提供一种对环境友好的锂铌硫化物的制备方法。 

进一步，提供一种锂铌硫化物电极片及其制备方法和应用。 

一种锂铌硫化物的制备方法，包括以下步骤： 

在无氧条件下，按照Li_xNbS₂的化学计量比称取硫化锂、单质铌和单质硫， 研磨混匀0.5～3小时，压制成反应前驱体，其中，0<x≤1。 

在无氧条件下，将所述反应前驱体进行热处理，所述热处理的步骤为将所述反应前驱体于10～30小时升温至650～750℃，保温10～20小时，然后于20～40小时降温至200～350℃。 

将所述热处理后的反应前驱体置于空气中淬火，淬火后在无氧条件下研磨0.5～2小时，得到分子式为Li_xNbS₂的锂铌硫化物。 

在其中一个实施例中，所述称取的单质硫的量相对按Li_xNbS₂的化学计量比的量过量1～10wt.%。 

在其中一个实施例中，所述压制成反应前驱体的操作为： 

将所述研磨混匀后的硫化锂、单质铌和单质硫置于模具中，在1～10吨的压力下压制，得到所述反应前驱体。 

在其中一个实施例中所述热处理的步骤具体为：在无氧条件下，将所述反应前驱体放入一端开口的石英管中，然后在所述石英管的开口端套入带有阀门的橡胶管，关闭所述阀门，将所述套有橡胶管的石英管接入抽真空的装置中，打开所述阀门对所述石英管进行抽真空，再将所述石英管烧软、封口，将封口后的石英管放入马弗炉中于10～30小时升温至650～750°C，保温10～20小时，然后于20～40小时降温至200～350°C。 

在其中一个实施例中，对所述石英管进行抽真空使所述石英管内部的真空度为0.01～0.07托。 

一种锂铌硫化物电极片，所述锂铌硫化物电极片的材料包括乙炔黑、粘接剂以及权利要求1～5任一项所述的制备方法得到的锂铌硫化物，所述锂铌硫化物、乙炔黑和粘接剂的质量比为65～80：30～15：3～10。 

一种锂铌硫化物电极片的制备方法，将乙炔黑及上述的制备方法得到的锂铌硫化物，研磨混匀0.25～2小时，加入粘接剂研磨0.5～2小时，压块，切割，得到锂铌硫化物电极片；其中，所述锂铌硫化物、乙炔黑和粘接剂的质量比为65～80：30～15：3～10。 

在其中一个实施例中，所述粘接剂选自聚四氟乙烯及聚偏氟乙烯中的至少一种。 

一种锂电子电池，包括电池壳体、隔膜、脱嵌锂材料、电解液和上述的锂铌硫化物电极片，所述锂铌硫化物电极片、隔膜、脱嵌锂材料和电解液收容于所述电池壳体内。 

在其中一个实施例中，所述隔膜为单层的聚乙烯微孔膜、单层的聚丙烯微孔膜、多层复合的聚乙烯和聚丙烯微孔膜或无纺布。 

所述脱嵌锂材料选自钴酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、中间相碳纤维、软碳、硬碳及钛酸锂中至少一种。