[发明专利]一种V3

说明书

本发明公开了一种V₃S₄材料的制备方法及应用，其制备方法是先通过溶剂热一步法合成V₃S₄前驱体，经过冷冻干燥或真空干燥后高温热处理，即获得花状或颗粒状的V₃S₄。其中，花状V₃S₄是由纳米薄片自组装而成，其花的尺寸约为1‑2µm；小颗粒状的V₃S₄的尺寸在100~200 nm；大颗粒状的V₃S₄的尺寸在1µm左右。该方法制备的V₃S₄材料可用于锂离子电池中。本发明的优点在于：（1）通过本发明提供的方法，首次制备出形貌可控的V₃S₄材料；（2）本发明制备出的V₃S₄作为锂离子电池负极电极材料具有较高的充放电比容量、良好的倍率性能；（3）本发明所提供的制备方法工艺简单易行，条件温和，可用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料V₃S₄的制备方法及其应用。

背景技术

过渡金属硫化物（如Sb₂S₃，MoS₂，Co₉S₈等）由于其独特的物理、化学、光学和磁性能等性质，近年来被广泛研究并应用于能量储存、光电催化和传感等多个领域。

作为过渡金属家族中典型的代表钒，其硫化物包含有VS₂、VS₄、V₃S₄等，主要作为电极材料应用在锂/钠离子电池中。与其氧化物相比，钒的硫化物具有较高的理论比容量；导电性相对增强；且V-S的键合强度比V-O的弱，这有利于降低电极极化，提高能量效率，降低热效应，因此目前受到很大的关注。然而，钒的硫化物在电池体系中面临着在充放电过程中体积膨胀、不稳定等问题。为了改善并提高其在电池中的性能，多种纳米结构的（如片状、花状等）硫化钒及其复合材料（如VS₂/rGO、VS₄/CNT等）被相继研发，尤其是VS₂，其制备工艺和应用已比较成熟。

然而对V₃S₄的相关研究和报道并不多，目前所制备的V₃S₄都需要先合成钒氧化物，再与H₂S气体或是硫源高温处理得到，产率也是有待进一步提高的。Qixing Liu等人在2017年10月发表了«V₃S₄ nanoparticles anchored on three-dimensional porous graphenegel for superior lithium storage»，其制备方法是先水热合成VO_x-rGO 三维凝胶，随后通过高温在H₂S/Ar混合气体中获得三维多孔的V₃S₄/rGO 复合材料，作为锂离子电池负极材料，在0.2C时放电比容量为873 mAh/g，在10C时放电比容量为338.7 mAh/g，且高温下的气氛为H₂S/Ar，比较危险。专利号为201610285884.9报道了“一种纳米棒状V₃S₄的制备方法及应用”。其制备方法同样是先水热合成VO₂，再与一定质量的硫源在高温管式炉中煅烧获得纳米棒状的V₃S₄。该方法过程较复杂，且硫源在高温下产生的硫蒸汽易堵塞管道口，形成安全隐患。因此，研究一种V₃S₄的可控性强、纯度高、性能好、操作简便、安全的制备方法是非常有意义的。

发明内容