[发明专利]硫化铜材料在电池正极材料中的用途、电极及电池

说明书

本发明公开了硫化铜在电池正极材料中的用途、电极及电池，其中硫化铜材料为中空立方体Cu₇S₄纳米颗粒。使用这种材料制备的电池正极用于锌离子电池，能够有效利用其形貌结构具备的优势，为Zn²⁺的嵌入和脱出提供了宽阔的扩散通道，有效缓解电极体积变化，导电性好，放电比容量高，并具有优异的循环稳定性。基于这种材料的锌离子电池具有较好的使用前景。

技术领域

本发明属于功能纳米材料技术领域，涉及电化学材料，具体涉及硫化铜在电池正极材料中的用途、电极及电池。

背景技术

近年来，可充电锂离子电池的广泛使用极大地改变了人们的能源使用方式、产品形式，甚至生活习惯。然而现有锂电池技术发展速度不能满足人们的需求，各种新型电池得到大量研究。锌离子电池由于成本低、分布广、提炼简单、资源利用率高等特点引起了人们的广泛关注。但不可忽视的是，锌离子半径大于锂离子半径，使得锌离子在嵌入材料晶体结构过程中更加倾向于嵌入空间更大的氧离子八面体或三棱柱构型的阴离子间隙位。其次，锌离子的相对原子质量大于锂离子，同时锌离子的电极电位比锂离子高，这些因素共同作用导致锌离子电池的质量能量密度低于锂离子电池。因此，锌离子电池的关键技术主要是开发出具备高稳定特性的材料。

硫化铜(Cu₇S₄)具有特殊的层状结构，块状或微米尺寸的铜基材料用于电池电极时，由于其具有较高的理论容量，有望作为商业上碳电极的潜在替代品，因此得到广泛研究。然而，铜基材料的主要缺点是由于电化学循环中体积变化很大，容量急剧下降。

例如，专利文献CN112382743A公开了一种柔性硫化铜复合电极及其制备方法以及包含其的镁基二次电池，通过在柔性网络基体表面生长纳米硫化铜颗粒，得到复合电极，作为镁基二次电池的正极，对制备的2016型纽扣电池进行电化学测试发现，电池的首次放电比容量达到380～460mAh·g^-1，100次循环容量稳定在约200mAh·g^-1的水平，说明电极稳定性不足。新的可用于电池电极的铜基材料有待研究和开发。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种硫化铜材料在电池正极材料中的用途。

其技术方案如下：

硫化铜材料在制备电池正极材料中的应用，所述硫化铜材料为中空立方体Cu₇S₄纳米颗粒。

作为优选，上述电池为锌离子电池。

作为优选，上述中空立方体纳米颗粒的粒径为100-1000nm。

本发明的目的之二在于提供一种电池正极。其技术方案如下：

一种电池正极，其关键在于由中空立方体Cu₇S₄纳米颗粒、导电剂和粘接剂均匀混合后附着在导电片上形成。

作为优选，上述导电剂为乙炔黑。

作为优选，上述粘接剂为羧甲基纤维素钠。

作为优选，上述导电剂为乙炔黑，所述粘接剂为羧甲基纤维素钠；

以重量份数计，所述中空立方体Cu₇S₄纳米颗粒、乙炔黑和羧甲基纤维素钠的用量比例为75～80:10～15:10～15。

本发明的目的之三在于提供一种电池正极的制备方法。其技术方案如下：

一种电池正极的制备方法，其关键在于按以下步骤进行：称取中空立方体Cu₇S₄纳米颗粒、导电剂和粘接剂，混合后加入去离子水，搅拌均匀至糊状，然后均匀涂抹在导电片上，干燥后冲制成电极片。