[发明专利]一种四硫化钒电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种四硫化钒电极材料的制备方法，包括以下步骤：a)将钒源、硫源和表面活性剂在溶剂中进行混合，得到混合溶液；所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种；b)将步骤a)得到的混合溶液进行溶剂热反应，收集固体产物后依次进行清洗和干燥，得到四硫化钒电极材料。本发明实现了对VS₄电极材料的纳米化及形貌设计，制备得到的产品具有纳米片状空心球、纳米球、纳米颗粒、纳米片状空心管或纳米花的特殊形貌，使电极材料和电解介质之间的接触面积增大，减少界面阻抗，提高电池的倍率性能；同时，较大的活性界面能够缓解材料在充放电过程中的体积变化，提高材料的充放电性能及循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，更具体地说，是涉及一种四硫化钒电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着目前新能源汽车行业的快速发展，动力电池的性能和安全备受人们的关注。而电子产品的更新换代速度加快，也促使着便携式电池的不断地发展。锂离子电池作为目前市场上二次电池中的主要产品，具有工作电压高、比能量大、自放电小，无记忆效应等优点。传统锂离子电池通常采用有机电解液作为锂离子导电介质，存在易燃、易腐蚀和热稳定性差等安全性问题，使得锂离子电池的应用受到限制。同时，金属锂在液态电池中会与液体电解质发生一系列的副反应，在金属锂表面生成一层不均匀的固体电解质膜；而在充放电过程中由于电流密度分布不均匀，会导致金属锂表面的固体电解质膜出现裂纹甚至脱落的情况，金属锂负极不断溶解。此外，锂枝晶的生长会造成隔膜刺穿，最终导致电池短路而失效。

作为固态锂电池的组成部分之一，电解质在固态电池中同时充当隔膜的作用，其电导率、稳定性等都直接影响到电池的性能。而作为固态锂电池的另一个重要组成部分，电极材料的电化学性能直接决定电池的比容量、工作电压、循环寿命和稳定性等各方面性能。因此，亟需一种电极材料，既能保证该材料具有高理论比容量和适中的工作电压，并且使基于该材料的固态锂二次电池具有优异的循环和倍率性能。

过渡金属硫化物电极材料安全性高、能量密度高，通过将金属硫化物纳米化可以减缓电池容量衰减，很好的改善电池的循环性能和库伦效率等电化学性能，具有很好的研究意义和价值。其中，四硫化钒(VS₄)具有高比容量(理论充放电比容量为1196mAh/g)，电导率比氧化物要高，电极极化相对较小，自身可提高电子的传输效率，从而提高其倍率性能。

但是，现有技术提供的制备方法制备得到的四硫化钒电极材料与电解液(质)之间接触面积有限，活性界面小，从而限制了四硫化钒电极材料的充放电性能及循环性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种四硫化钒电极材料及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法得到的四硫化钒电极材料具有特殊形貌，与电解液(质)之间具有较好的电接触以及较大的活性界面，从而在电化学反应中表现出优异的充放电性能及循环性能。

本发明提供了一种四硫化钒电极材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将钒源、硫源和表面活性剂在溶剂中进行混合，得到混合溶液；所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种；

b)将步骤a)得到的混合溶液进行溶剂热反应，收集固体产物后依次进行清洗和干燥，得到四硫化钒电极材料。

优选的，步骤a)中所述钒源选自钒酸铁、钒酸铟、钒酸铋、钒酸银、偏钒酸钠和正钒酸钠中的一种或多种。

优选的，步骤a)中所述硫源选自硫粉、硫化钠、半胱氨酸、硫醇、硫代乙酰胺和硫脲中的一种或多种。

优选的，步骤a)中所述钒源、硫源和表面活性剂的质量比为(0.2～40)：(0.2～40)：1。

优选的，步骤a)中所述溶剂选自水、苯、甲苯、乙二醇、甲醇、乙醇、二乙二醇、丙酮、乙腈和二氯化碳中的一种或多种。