[发明专利]一种FeS2

说明书

一种FeS₂和S复合材料的制备方法及应用，属于能源材料技术领域。所述方法如下：（1）将铁盐溶液和有机配体溶液混合制备铁基沸石型咪唑框架化合物（Fe‑ZIF）；（2）将制得的Fe‑ZIF与硫混合，在管式炉中高温煅烧，得到FeS₂空心球；（3）将FeS₂空心球与单质硫混合，在惰性气体保护下加热熔融后冷却到室温，得到FeS₂‑S复合材料。本发明的优点是：FeS₂作为锂硫电池正极材料对锂硫电池放电中间产物多硫化锂有较强的化学吸附作用，即通过与聚硫离子的路易斯酸碱作用抑制多硫化锂的溶解，从而降低穿梭效应；FeS₂可以催化多硫化锂的分解，从而改善电池性能；本发明制备方法简单，原料价格低廉，过程无污染。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，具体涉及一种FeS₂和S复合材料的制备方法及应用。

背景技术

锂硫电池是以单质硫作为正极活性物质，金属锂作为负极材料的一种锂电池，其电池总反应如下：。由此计算得到其理论能量密度高达2600 Wh/kg，远高于目前商用的锂离子电池。并且硫在地壳中储量丰富，兼具价格低廉和环境友好等优点，因此，锂硫电池是一种具有良好应用前景的锂电池。但是锂硫电池也有其固有问题需要克服，例如单质硫导电性低，影响电池倍率性能；放电过程中生成的中间产物多硫化锂易溶于电解液，产生穿梭效应，消耗活性物质，使电池容量损失、寿命降低；还有单质硫在充放电过程中的体积变化，会引起电极粉化等。

将具有特殊性能和结构的物质（碳材料，金属氧化物，金属硫化物等）与硫复合，是解决上述问题的一个策略。相对于碳材料而言，具有极性的过渡金属氧化物和硫化物会与多硫化锂之间产生化学吸附作用，对降低其穿梭效应有着显著的作用。金属硫化物能够催化多硫化锂的分解，对提高电极反应速率，有着积极作用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有锂硫电池存在的穿梭效应问题，提供了一种FeS₂和S复合材料的制备方法及应用，该方法首先利用溶液法制备Fe-ZIF，之后通过高温煅烧硫化制备FeS₂空心球，最后将FeS₂空心球与硫复合制备FeS₂和S复合材料。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种FeS₂和S复合材料的制备方法，所述方法步骤如下：

步骤一：取1-10 mmol铁盐加入到25-250 mL甲醇中搅拌使其充分溶解，记为溶液1；取4-40 mmol 2-甲基咪唑和0.3-1.5 g聚乙烯吡咯烷酮加入到25 mL甲醇中搅拌使其充分溶解，记为溶液2；将上述溶液1逐滴加入到溶液2中搅拌5-10min后静置12-48h，以8000-10000r/min的转速离心5-10 min收集沉淀，并用甲醇清洗5次，放入干燥箱中，在60-70℃温度下干燥24h，即得到铁基沸石型咪唑框架化合物；

步骤二：按照1：5的质量比取步骤一中制备的铁基沸石型咪唑框架化合物和单质硫，置于管式炉中，在惰性气体保护下加热升温，首先升温至400℃，然后继续升温至500℃，并在此温度下保温10min后自然降温，即得到FeS₂空心球；

步骤三：将步骤二中制备的FeS₂空心球与单质硫按照质量比1:1~5混合，放入管式炉中，在惰性气体保护下加热至150-160℃熔融后冷却到室温，即得到FeS₂和S复合材料。

一种上述方法制备的FeS₂和S复合材料在锂硫电池正极中的应用。

本发明相对于现有技术的有益效果是：