[发明专利]金属硫化物复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种金属硫化物复合材料及其制备方法和应用。以金属有机框架为前驱体，结合高温裂解以及气相沉积法，使GeSsubgt;2/subgt;升华并沉积在锡锑金属硫化物的表面。复合和硫化同步进行，使得GeSsubgt;2/subgt;和锡锑金属硫化物两者的结合通过紧密的化学键相连，大大增强了复合效果。本发明提供的金属硫化物复合材料能够用作钾离子电池的负极材料，并使得钾离子电池具有较好的容量倍率。

技术领域

本发明属于钾离子电池材料技术领域，具体涉及负极材料。

背景技术

随着新能源汽车的大力推广、各类数码电子产品的加速普及，锂离子电池在市场上占据了绝对的主导地位。然而，在锂离子电池疯狂占领全球市场的背后，仍面临巨大的挑战：比如锂资源分布的不均衡、价格的不断攀升，锂离子电池能量密度提升缓慢，以及在快充、适应温度范围、更大规模部署应用等方面面临的一系列问题。

钾资源储备丰富，而且钾的还原电势为-2.93V，相较于钠（-2.71V）更接近于锂（-3.04V），因而钾离子电池作为一种新型的碱金属二次电池受到了国内外学者的广泛关注。目前，对钾离子电池的研究仍处于起步阶段。负极材料作为钾离子电池的关键材料之一也在不断的被研究和探索中。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种金属硫化物复合材料的制备方法。

本发明的第二目的是提供上述制备方法制备得到的金属硫化物复合材料。

本发明的第三目的是提供上述金属硫化物复合材料在钾离子电池中的应用。

为实现第一目的，本发明提供以下技术方案。

一种金属硫化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将锡盐、锑盐溶于去离子水或有机溶剂Ⅰ中，形成溶液A；

将2-甲基咪唑溶于去离子水或者有机溶剂Ⅱ中，形成溶液B；

将溶液A缓慢加入溶液B中并不断搅拌反应，反应结束后，离心、洗涤、干燥，得到锡锑双金属有机框架材料；

在管式炉中持续通入惰性气体，并将GeS₂和S粉混合后放在管式炉的上风口处，将锡锑双金属有机框架材料放在管式炉的下风口处，煅烧，得到金属硫化物复合材料。

在进一步的优选方案中，所述锡盐为硫酸盐、硝酸盐、乙酸盐、氯化盐中的至少一种；所述锑盐为硫酸盐、硝酸盐、乙酸盐、氯化盐中的至少一种；所述有机溶剂Ⅰ和有机溶剂Ⅱ均为甲醇、乙醇、乙二醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。

在进一步的优选方案中，所述溶液A的浓度为0.5~3mol/L；所述溶液B的浓度为0.3~3mol/L。

在进一步的优选方案中，锡盐、锑盐、2-甲基咪唑的反应用量摩尔比为3：2：25~50。

在进一步的优选方案中，溶液A缓慢加入溶液B的速度为逐滴加入。

在进一步的优选方案中，所述搅拌反应的时间为5~20h。

在进一步的优选方案中，管式炉中，GeS₂、S、锡锑双金属有机框架材料的摩尔比为3~8：600~700：100。

在进一步的优选方案中，所述煅烧的温度为700~800℃，煅烧的时间为2~5h。

基于同样的发明构思，本发明提供上述制备方法制备得到的金属硫化物复合材料。

为实现第三目的，本发明提供上述金属硫化物复合材料在钾离子电池中的应用。