[发明专利]一种掺钒碳硫化钛电池负极材料的制备方法及其所得材料和应用

说明书

本发明公开了一种掺钒碳硫化钛电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)称取钒粉、钛粉、硫粉和碳粉，球磨得到初始原料；(2)将上述初始原料经高温自蔓延反应制备得到固体块状样品；(3)将上述固体块状样品进行球磨处理，得到粉末状小颗粒样品；(4)将上述粉末状小颗粒样品经超声处理，离心，干燥，即得所述掺钒碳硫化钛电池负极材料。本发明还公开了所述制备方法所制得的掺钒碳硫化钛电池负极材料，以及该掺钒碳硫化钛电池负极材料制备锂离子电池的应用。相对现有技术，本发明制备工艺简单、快速、无污染，制备得到的掺杂钒碳硫化钛负极材料比容量高，具有良好的导电性、电化学活性和循环稳定性，特别适用于制造锂离子电池负极。

技术领域

本发明涉及一种掺钒碳硫化钛电池负极材料的制备方法及其所得材料和应用，属于锂离子电池负极材料技术领域。

背景技术

可充电锂离子电池(LIB)是最广泛使用的电能存储设备，因为它们的高电压，高能量密度(体积重量轻)，自放电率低，循环寿命长等优点。从锂离子电池到微型设备到运输和固定存储等广泛的应用，锂离子电池的应用范围越来越广泛，性能要求范围也越来越广泛，包括高功率，高能量密度，长循环寿命和更宽的工作温度范围。正在研究替代材料以满足这些要求。

Ti₂SC是含S的MAX相中具有最低c/a比的物质。因此，合理地认为这种化合物具有特殊的性质。由于强烈的Ti-S杂化，Ti₂SC具有高的体积弹性模量和硬度，同时还具备高电导率、高热导率、高稳定性和耐腐蚀等特性。因此Ti₂SC有望成为新型锂离子电池负极材料，Xu等报导了具有较好的储锂能力，在4C的电流密度下初始可逆容量约为80mAh g^-1，经过1000次循环后可以增长到180mAh g^-1(ACS Energy Letters，2016，1：1094)。然而纯Ti₂SC由于层间结构紧密，锂离子嵌入较困难，因此其储锂容量仍十分有限。

发明内容

发明目的：本发明的目的旨在提供一种掺钒碳硫化钛电池负极材料的制备方法，该方法操作简单方便，成本低。

本发明的另一个目的是在于提供上述制备方法所制得的掺钒碳硫化钛电池负极材料，其成本低，性能优异。

本发明最后目的是提供了所述掺钒碳硫化钛电池负极材料制备锂离子电池的应用，其比容量高，充放电速度快。循环寿命长。

技术方案：本发明所述的一种掺钒碳硫化钛电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取钒粉、钛粉、硫粉和碳粉，球磨得到初始原料；

(2)将上述初始原料经高温自蔓延反应制备得到固体块状样品；

(3)将上述固体块状样品进行球磨处理，得到粉末状小颗粒样品；

(4)将上述粉末状小颗粒样品经超声处理，离心，干燥，即得所述掺钒碳硫化钛电池负极材料。

所述钒粉，钛粉，硫粉和碳粉的摩尔比例为(0.05-0.6)∶(1.4-2.2)∶(0.8-1.2)∶(0.8-1.2)，优选为V∶Ti∶S∶C＝(0.1-0.5)∶(1.5-2.0)∶1∶1，更优选为V∶Ti∶S∶C＝0.1∶1.9∶1∶1，V∶Ti∶S∶C＝0.2∶1.8∶1∶1和V∶Ti∶S∶C＝0.5∶1.5∶1∶1。

步骤(1)所述球磨时，转速为300-400r/min，球磨时间为3-4小时，并且在惰性气体条件下进行。

步骤(2)所述自蔓延反应是采用自蔓延合成装置，在真空和惰性气体条件下进行反应。

步骤(3)所述球磨时，转速为300-400r/min，球磨时间为3-4小时，并且在惰性气体条件下进行。