[发明专利]一种复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合材料及其制备方法和应用，其中，复合材料，其化学组成为FeS_2‑x@C，其中x的取值范围为0～1。复合材料的制备方法，包括将FeS₂与碳源混合物粉体于400～1000℃、惰性气体氛围条件下煅烧，随炉冷却，得到复合材料的步骤。本发明所述的复合材料，可有效的改善FeS₂原料的电子导电性，有效缓解FeS₂活性材料粉化导致容量迅速衰减等问题，使得所制备的复合材料制备的电池具有更好的循环性能。

技术领域

本发明属于材料合成及化学电源领域，尤其是涉及一种FeS_2-x@C复合材料、锂电池正极、纽扣电池及其制备方法及应用。

背景技术

到目前为止，具有常规石墨负极和LiMO₂(M＝过渡金属)正极的商用锂离子电池的能量和功率密度已接近实用上限。在过去的二十年中，在寻找用于锂离子电池的各种负极材料方面取得了很大的进展，诸如合金型Si，Ge，Sb和Sn以及转化型金属氧化物。然而，对于正极材料的研究，进展则要缓慢很多，这主要是由于LiMO₂氧化物刚性结构的限制。一般而言，应用于锂离子电池合适的正极材料应兼具高能量密度、长循环寿命和低成本的优点。

在过去的十年中，很多种Fe基硫化物正极材料(例如硫化物FeS₂)已经吸引了研究人员的密集关注，以其取代典型的LiMO₂正极材料，因为它们具有较高的理论能量密度和低成本特征。特别是含量十分丰富的黄铁矿FeS₂理论容量高达894mAh g^-1，比目前最好插层正极材料LiNi_xCo_yMn_zO₂高得多(小于300mAh g^-1)。在放电过程中，高反应性纳米Fe粉和高绝缘性的Li₂S将通过的FeS₂的转化反应而形成。由于Li₂S的绝缘特性、纳米Fe的严重团聚以及从原位生成的硫转化而来的多硫化物的溶解等问题，通常观察到电池容量迅速衰减，循环性能很差。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种复合材料，以克服现有技术的缺陷，可有效的改善FeS₂原料的电子导电性，缓解在电池循环过程中由于FeS₂活性材料粉化导致容量迅速衰减等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种复合材料，化学组成为FeS_2-x@C，其中x的取值范围为0～1。

优选的，复合材料中FeS_2-x的质量百分数为40％～99％。

本发明的第二个目的，在于提出一种制备如上所述的复合材料的方法，该方法通过对FeS₂原料进行高温脱硫和碳包覆改性处理，以制备上述复合材料。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种复合材料的制备方法，该方法包括将FeS₂与碳源混合物粉体于400～1000℃、惰性气体氛围条件下煅烧，随炉冷却，得到所述复合材料的步骤。

优选的，FeS₂和碳源的质量比为(1-9):1。

优选的，碳源为抗坏血酸、葡萄糖、果糖、麦芽糖、酚醛树脂葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚吡咯、酚醛树脂中的一种或两种以上。

优选的，FeS₂与碳源混合物粉体的获得方法是采用球磨法将FeS₂与碳源进行混合。