[发明专利]一种二氧化钛-二硫化铁的核壳结构材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，尤其涉及一种二氧化钛-二硫化铁的核壳结构材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种可靠的能量存储设备，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应等众多优点，现已被广泛应用于各种便捷式电子器件中。锂离子电池的性能在很大程度上取决于电池所采用的电极材料的性能；近年来负极材料得到了广泛地研究，并取得了很大的进展，现已开发出具有高比容量及长循环寿命的负极材料；然而，在正极材料的开发及优化方面发展还比较缓慢，现在商业用的正极材料多采用过渡金属的嵌锂氧化物LiMO₂(M＝过渡金属，如Co、Ni、Mn等)，但是LiMO₂电极材料存在各种问题，具体地，LiCoO₂是唯一大规模商品化的正极材料，其研究比较成熟，综合性能优良，但价格昂贵，比容量较低，毒性较大，存在一定的安全隐患；LiNiO₂成本较低，容量稍高，但制备困难，材料的一致性和重现性较差，存在较为严重的安全问题；LiMnO₂成本低，安全性好，但循环性能尤其是高温循环性能差，在电解液中存在一定的溶解性，储能性能差。为了解决上述锂电池正极材料比容量低(不到200mAh/g)、循环稳定性差的问题，开发新型锂电池正极材料已迫在眉睫。

FeS₂可以被作为锂离子电池的正极活性材料应用于锂离子电池中，具有十分优异的特性，在有机电解质中溶解度较小，并且能够保持其电化学活性，一次放电理论比容量可达894mAh/g，几乎是常规正极活性材料(LiMO₂)的4.5倍；另外，FeS₂具有价格便宜、来源广泛、环境友好等优点，近年来科研人员对其产生了极大的兴趣。然而，在充放电循环过程，特别是在高电流密度下的充放电过程中，FeS₂电极的容量衰减的非常快，循环性能较差；这主要是FeS₂被锂离子还原后生成Li₂S和Fe，但是逆反应发生却比较困难，造成FeS₂的大量损失；另外，FeS₂在充放电过程中会与电解液发生化学反应，生成FeSx和S，S与电解液中的有机物发生不可逆的反应，从而导致FeS₂电极差的循环性能。

为了解决FeS₂电极循环性能差的问题，已经提出了一些解决方案，如制作FeS₂/C复合材料及PAN/FeS₂复合材料，虽然这些方案使FeS₂电极的循环稳定性在一定程度上得到了提高，但是其性能仍然有待进一步的提高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种用于锂离子电池的二硫化铁-二氧化钛核壳结构材料；

本发明的目的之二在于提供该种二硫化铁-二氧化钛核壳结构材料的制备方法；

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种二硫化铁-二氧化钛核壳结构材料的制备方法，首先制备二硫化铁纳米球，然后通过表面修饰的方法在所述二硫化铁纳米球表面制备二氧化钛壳层，即得核壳结构二硫化铁-二氧化钛的所述电极材料。

其中，采用二氧化钛包覆二硫化铁形成核壳结构，有利于保护作为核的二硫化铁，避免二硫化铁在充放电过程中与电解液发生化学反应。

具体地，所述二硫化铁纳米球的制备方法为溶剂热合成法，包含如下步骤：

以FeSO₄、硫脲及单质S为反应前驱物，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为形貌控制剂，以乙二醇为溶剂；首先将所述前驱物和所述形貌控制剂充分溶解在所述溶剂中，形成混合溶液，将该混合溶液在200℃反应至反应完成；随后降温；其次分别用CS₂、乙醇及去离子水离心清洗数次，收集FeS₂样品，置于真空箱中80℃干燥24h，即得所述二硫化铁纳米球；其中FeSO₄、硫脲、单质S、聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为(2～3):(3～5):1:(2.5～3.5)。

具体地，所述二氧化钛壳层的制备方法包含如下步骤：