[发明专利]一种含有硫氧双阴离子的岩盐型高熵负极材料及制备方法

说明书

本发明公开了锂离子离子电池负极材料技术领域的一种含有硫氧双阴离子的岩盐型高熵负极材料及制备方法，其化学式为(Co_0.2Cu_0.2Mg_0.2Ni_0.2Zn_0.2)O_1‑xS_x，其中x的值为0.02‑0.08；本发明通过在岩盐型(Co_0.2Cu_0.2Mg_0.2Ni_0.2Zn_0.2)O高熵氧化物中固溶进一定量的金属硫化物，制备了含有硫氧双阴离子的岩盐型高熵锂离子负极材料，进一步提高该高熵氧化物锂离子负极材料的储锂性能，同时通过精准调控阴离子S的含量，进而调控(Co_0.2Cu_0.2Mg_0.2Ni_0.2Zn_0.2)O_1‑xS_x负极材料的电化学性能，满足其特殊使用要求；在制备时，采用液相配料，确保原料达到分子水平混匀，产物实现了化学计量比。

技术领域

本发明涉及锂离子离子电池负极材料技术领域，具体为一种含有硫氧双阴离子的岩盐型高熵负极材料及制备方法。

背景技术

过渡金属硫化物因其具有独特的物理和化学性质以及较高的理论比容量，且材料的金属-硫键结合力弱，有利于储锂的转化反应，被认为是有前景的锂离子电池负极材料。但是大量研究表明过渡金属硫化物材料在循环过程中存在体积膨胀、结构破坏等缺点，限制了其作为锂离子电池负极材料的应用。

近年来发展起来的过渡金属高熵氧化物(transition-metal-based high-entropy oxides,TM-HEOs)具有高构型熵稳定的晶体结构和逐步的锂储存特性，使其在循环过程中保持了结构的完整性，表现出更优异的锂离子存储性能和高效的循环稳定性，成为电极材料的研究热点。目前关于HEOs锂离子电池负极材料的研究主要集中于岩盐结构的(Co_0.2Cu_0.2Mg_0.2Ni_0.2Zn_0.2)O高熵氧化物。2018年，Sarkar等采用喷雾热解法制备了(Co_0.2Cu_0.2Mg_0.2Ni_0.2Zn_0.2)O高熵氧化物粉体材料，并首次以该材料作为负极材料、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂作为正极材料，对其电化学性能进行了研究，测试结果表明：在200mA g^-1电流密度下，首次放电比容量接近1000mAh g^-1，且在300次充放电后，容量依旧高于600mAh g^-1；而传统的过渡金属氧化物在循环100次之后容量则低于400mAh g^-1，循环稳定性远不及HEOs电极材料。此外，该高熵氧化物还展示了优异的倍率性能(A.Sarkar,L.Velasco,D.Wang,Q.Wang,G.Talasila,L.de Biasi,C.Kübel,T.Brezesinski,S.S.Bhattacharya,H.Hahn,B.Breitung,Nature Communications 9(2018)3400-3409.)。此后，Wang等采用机械球磨+固相烧结法制备了该岩盐结构的高熵氧化物，电化学研究表明：在100mA g^-1电流密度下，首次充放电比容量为976/1585mAh g^-1，300次循环后的可逆比容量仍然高达1000mAh g^-1(N.Qiu,H.Chen,Z.Yang,S.Sun,Y.Wang,Y.Cui,A high entropy oxide(Mg_0.2Co_0.2Ni_0.2Cu_0.2Zn_0.2O)with superior lithium storage performance,J.AlloysCompd.,777(2019)767-774.)。上述研究结果表明：通过改变制备方法来控制该岩盐结构高熵氧化物的显微结构，可以显著提高该负极材料的电化学性能。