[发明专利]一种锂离子电池负极活性材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种锂离子电池，具体来说是一种锂离子电池负极活性材料的制备方法。

背景技术

世界范围内对能源转化和储备日益增长的需求促进了多样化的储能材料和设备的快速发展。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长且无记忆效应等优点而被广泛应用于便携式电子设备中。近几年，电动设备的发展对锂离子电池的功率密度和能量密度提出了更高的要求，而电极材料是锂离子电池性能提高的决定性因素。在负极材料方面，目前商业化的锂离子电池负极材料石墨理论容(372mAh/g)偏低，限制了锂离子电池电化学性能的提高，因此设计和制备高性能锂离子电池负极材料是满足锂离子电池向电动设备发展的关键因素。过渡金属二硫化物具有与石墨类似的层状结构，其层间弱的范德华力可以使其通过机械或化学剥离成单层或少层数的过渡金属二硫化物纳米片。随着过渡金属二硫化物层数减少，其电子能带结构会有明显改变，尤其是单层过渡金属二硫化物显示了一些意想不到的新特性(如：高的荷电迁移率、极高的开关比)，层状结构使得金属离子可以嵌入、脱出分子层间隙，使其拥有锂离子电池负极材料所需的储、放锂离子功能而成为研究的热点。然而单纯性的过渡金属二硫化物作为锂离子电池负极材料，其导电性差，晶体易团聚或粉化以及循环稳定性，制约了其在锂离子电池负极材料中的进一步发展，因此研究认为，当过渡金属二硫化物与碳基材料复合，不仅可以为电极体系提供稳定的导电网络，而且可以极大缓冲嵌锂后体系体积膨胀，减缓甚至避免材料粉化，延长电极使用寿命，从而提高锂离子电池性能。

Wang等人将黑木耳浸泡在硫代钼酸铵体系中，后冻干碳化得到了二硫化钼/多孔碳复合材料用于锂离子电池负极材料从而显示了优异的循环性能(Chemical Engineering Journal 2016,288:179-184)。专利申请201410519794.2 也公开了一种将氧化石墨烯溶液、含氮前驱体、含硫和含钼前驱体在溶液中混合，去除溶剂或杂离子后得到前驱体材料，将该前驱体材料在惰性气体保护下热处理进行氮掺杂和结晶从而得到氮掺杂石墨烯/二硫化钼复合材料可用于锂离子电池负极材料。目前，构筑类石墨烯过渡金属二硫化物/碳复合材料的方法几乎主要是通过将不同的碳基材料与过渡金属二硫化物前驱体进行水热或者高温反应制得，其中类石墨烯过渡金属二硫化物的生成还是基于前驱体化合物的合成，因此使得合成过程中类石墨烯过渡金属二硫化物的层数控制以及晶体完整性受到很大的影响。另外大量类石墨烯过渡金属二硫化物前驱体的使用不可避免造成浪费和环境污染。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电池负极活性材料的制备方法，所述的这种锂离子电池负极活性材料的制备方法要解决现有技术的锂离子电池负极材料的制备过程中类石墨烯过渡金属二硫化物的层数控制以及晶体完整性受到很大的影响，从而影响锂离子电池负极材料寿命的技术问题。

本发明提供了一种锂离子电池负极活性材料的制备方法，包括如下步骤：

1）一个采用非离子型多糖辅助液相剥离类石墨烯过渡金属二硫化物的步骤；将非离子型多糖加入到体积分数为0-10%的醋酸水溶液中，在温度为5～90℃下搅拌溶解，配置成浓度为0.1～100 mg/mL的水溶液，将类石墨烯过渡金属二硫化物加入到非离子型多糖的水溶液中，类石墨烯过渡金属二硫化物与非离子型多糖质量比为1: 0.1~200，超声分散0.5～200小时，形成分散液；

2）一个制备类石墨烯过渡金属二硫化物/非离子型多糖多孔泡沫的步骤；将步骤1）得到的分散液在每分钟1000~20000rpm下离心分离5-60分钟，去除底部沉淀，将得到的层状金属硫化物/非离子型多糖水分散液在-5～-196℃下冷冻5~1500分钟后，置于冷冻干燥机中冷冻干燥48～200小时取出，得到类石墨烯过渡金属二硫化物/非离子型多糖多孔泡沫；

3）一个制备类石墨烯过渡金属二硫化物/多孔碳材料的步骤；将步骤2）中得到的类石墨烯过渡金属二硫化物/非离子型多糖泡沫置于惰性气体保护下以1～10℃/min的加热速率加热至500~800℃反应0.5～24小时，取出后用0.1~2 mol/L的盐酸的水溶液和去离子水中依次洗涤1~5次后置于真空烘箱中，60~80℃烘干2~48小时，得到层状金属硫化物/碳复合材料；