二元过渡金属硫化物材料及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113943016A(43)申请公布日2022.01.18(21)申请号202111198133.0H01M10/052(2010.01)(22)申请日2021.10.14(71)申请人天目湖先进储能技术研究院有限公司地址213300江苏省常州市溧阳市昆仑街道创智路29号228室(72)发明人刘丽露(74)专利代理机构天津知川知识产权代理事务所(特殊普通合伙)12249代理人郑聪(51)Int.Cl.C01G37/00(2006.01)H01M4/13(2010.01)H01M4/139(2010.01)H01M4/62(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图3页(54)发明名称二元过渡金属硫化物材料及其应用(57)摘要本发明提供一种二元过渡金属硫化物材料，为过渡金属钒和铬的硫化物，化学式为VxCr1‑xS2，其中x的取值范围为0＜x＜1。该二元过渡金属硫化物材料，能够提高硫正极的导电率，与多硫化锂键合实现化学吸附，催化多硫化锂的电化学转换反应，并实现Li2S2/Li2S的可控沉积，最终使得锂硫电池的放电比容量、容量保持率、循环稳定性得到显著提升，在硫正极锂硫电池中具有良好的应用前景。CN113943016ACN113943016A权利要求书1/2页1.一种二元过渡金属硫化物，为过渡金属钒和铬的硫化物，化学式为VxCr1‑xS2，其中x的取值范围为0＜x＜1，优选为0＜x＜0.7，更优选为0＜x＜0.4。2.根据权利要求1所述的二元过渡金属硫化物，其特征在于，所述VxCr1‑xS2具有以下XRD峰位：15.5°、36.0°、45.0°、57.1°、58.7°和59.5°，上述峰位分别具有±0.5°的偏移。3.权利要求1‑2任一项所述二元过渡金属硫化物的制备方法，包括：采用钠源、钒单质、铬单质、硫单质首先合成得到NaVxCr1‑xS2，然后采用卤素单质脱钠得到VxCr1‑xS2。4.根据权利要求3所述的二元过渡金属硫化物的制备方法，其特征在于，所述钠源包括：硫化钠、碳酸钠中的至少一种；所述NaVxCr1‑xS2采用高温固相合成法获得，升温速率为1‑10℃/min，温度范围为700‑900℃，反应时间为15‑24h；所述卤素单质包括：液溴、碘单质中的至少一种；所述利用卤素单质脱掉钠元素的反应时间为1‑12h。5.权利要求1‑2任一项所述二元过渡金属硫化物作为添加剂的下述应用之一：(1)在硫正极复合电极活性材料中的应用；(2)在硫正极中的应用；(3)在锂硫电池中的应用。6.根据权利要求5所述的二元过渡金属硫化物的应用，其特征在于，所述VxCr1‑xS2相对于硫正极中硫的质量比为10％‑45％，优选为25％‑30％；所述VxCr1‑xS2相对于含硫正极活性物质的质量比为0.01％‑45％，优选为10％‑25％，所述VxCr1‑xS2相对于硫正极的质量比为0.001％‑40％，优选为0.05％‑20％；所述硫正极包括复合电极活性材料、导电剂、粘结剂，质量比为100∶(10‑40)∶(10‑20)；所述复合电极活性材料包括硫、VxCr1‑xS2、导电炭黑，质量比例为100∶(10‑45)∶(0‑50)；所述导电剂包括：炭黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、氧化石墨烯及其衍生物中的至少一种；所述粘结剂包括：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氯乙烯、聚偏氯乙烯‑六氟丙烯(PVDF‑HFP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氧化乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、羧甲基纤维素、苯乙烯‑丁二烯共聚物、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠或丁苯橡胶中的至少一种；其中，所述二元过渡金属硫化物作为添加剂具体作用于下述一个或多个方面：(1)促进电子转移；(2)抑制多硫化锂的穿梭效应；(3)催化多硫化锂的电化学反应；(4)控制Li2S2/Li2S沉积。7.一种硫正极，包括权利要求1‑2任一项所述二元过渡金属硫化物作为添加剂。8.权利要求7所述硫正极的制备方法：首先制作VxCr1‑xS2和导电炭黑的均匀分散体，同时或然后使硫单质或含硫化合物在均匀分散体中分散；当采用硫单质时，在保护气氛下进行加热处理，得到复合电极活性材料；当采用含硫化合物时，将含硫化合物经反应生成硫单质，得到复合电极活性材料；最后将复合电极活性材料与其他必要组分混合制成浆料。9.根据权利要求8所述硫正极的制备方法，其特征在于，包括但不限于以下四种方法之一：(1)将VxCr1‑xS2与硫、导电炭黑按照一定比例混合后，在真空状态下将其密封于玻璃容器中，惰性气体保护下升温至155℃，保持5‑12h后升温至300‑350℃保持2h，自然冷却后得到复合电极活