技术摘要：
本发明公开了一种纳米碳质/金属硫化物复合多孔材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：使包含含硫物质、金属盐前驱体、纳米碳质前驱体和溶剂的混合反应体系发生水热反应，之后于还原性气氛中对所获混合物进行热处理，获得富含缺陷的纳米碳质/金属硫化物复合多孔材  全部
背景技术：
锂离子电池在日常生活的小型化仪器和设备得到了广泛的运用，但是还不能满足 未来大型储能装置及电动汽车的需求。研究和开发新型高能量密度和功率密度的锂电池越 来越受到广泛的关注。与传统的金属氧化物电极相比较，过渡态金属硫化物的导电性有所 提高，电极具有高的能量密度且价格便宜的优势。然而，金属硫化物电极的电子和离子导电 能力有待提高，电极在充放电过程中会发生体积变化，放电产物硫化锂会不完全利用形成 多硫化物发生穿梭效应等问题。为克服以上问题，导电碳黑、多孔碳、碳纤维、碳纳米管、石 墨烯、杂原子(氮或氧)功能碳等各种导电碳质材料被用于与金属硫化物复合获得碳/金属 硫化物电极材料，一定程度上改善了碳/金属硫化物电极的电化学性能。目前，绝大部分的 纳米金属硫化物都是在有机溶剂中制备得到，大量有机溶液的使用会对环境带来危害。此 外，金属硫化物电池的倍率和循环性能还需进一步提高。 基于有机溶剂合成的金属硫化物的制备过程复杂，繁琐，还会产生各种有毒气体 对环境产生一定的破坏。纳米结构的金属硫化物的制备方法还需进一步探索。金属硫化物 电极在首次放电结束后的产物为金属和硫化锂，基于转化反应的金属硫化物的导电能力不 高，需要添加各种导电剂来形成复合材料。在充放电反应后会发生体积的变化，这也会使得 纳米结构会发生破坏。在常规的首次充电过程中，部分硫化锂在高压下会形成多硫离子，形 成穿梭效应，这使得电池也很难实现大倍率的循环，从而恶化电池的循环寿命。此外，电池 的优异性能与电极的纳米结构离不开关系，优化金属硫化物的结构有利于实现活性物质的 高效利用。现有技术还不能一步法制备三维纳米碳质包覆金属硫化物的材料，也没有实现 电池在高功率密度下实现稳定的电化学性能。因此，急需寻找一种简单高效制备高活性金 属硫化物的方法，实现金属硫化物在电极中的高效利用。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种纳米碳质/金属硫化物复合多孔材料及其制备方 法与应用，以克服现有技术的不足。 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括： 本发明实施例提供了一种纳米碳质/金属硫化物复合多孔材料的制备方法，其包 括： 使包含含硫物质、金属盐前驱体、纳米碳质前驱体和溶剂的混合反应体系于150- 200℃发生水热反应6-18h，之后在还原性气氛中，将所获混合物于200-500℃热处理15- 60min，获得富含缺陷的纳米碳质/金属硫化物复合多孔材料。 本发明实施例还提供了前述方法制备的纳米碳质/金属硫化物复合多孔材料，所 4 CN 111613789 A 说　明　书 2/8 页 述纳米碳质/金属硫化物复合多孔材料具有三维多孔结构，所述纳米碳质/金属硫化物复合 多孔材料的孔径大小为2-30nm。 本发明实施例还提供了前述的纳米碳质/金属硫化物复合多孔材料于制备锂离子 电池中的用途。 本发明实施例还提供了一种锂离子电池正极材料，其包括前述的纳米碳质/金属 硫化物复合多孔材料、导电剂以及粘结剂。 本发明实施例还提供了一种锂离子电池正极，其包括导电集流体以及施加于所导 电集流体上的前述的锂离子电池正极材料。 本发明实施例还提供了前述的锂离子电池正极的制备方法，其包括： 将前述的纳米碳质/金属硫化物复合多孔材料、导电剂以及粘结剂混合均匀，形成 正极材料浆料； 以及，将所述正极材料浆料施加于导电集流体上，获得所述锂离子电池正极。 本发明实施例还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极及电解液，所述正极包括 前述的锂离子电池正极，所述电解液包括醚类体系的电解液。 与现有技术相比，本发明的有益效果在于： (1)本发明的目的是针对当前金属硫化物电极的能量效率低、循环及倍率性能差 的问题，采用无毒无害的水作为溶剂合成了三维多孔的纳米复合材料，在还原性的气氛下， 形成了氮硫双掺杂的、高活性的金属阳离子缺陷的纳米碳质/金属硫化物复合多孔材料，氮 硫双掺杂的纳米碳质，有利于对充电过程中可能产生的多硫化锂的吸附； (2)本发明中纳米碳质/金属硫化物复合多孔材料制备的锂离子电池，在优化电池 测试参数下，抑制了多硫化锂这个副产物的产生，提高了库伦效率，电池实现了在高功率密 度下的稳定的电化学循环及倍率性能；富含金属阳离子缺陷的纳米碳质/金属硫化物复合 多孔材料能够加快锂离子在电极中的传输，在高功率密度下，电极的电化学循环稳定性及 倍率性能表现更为突出，电池活性材料的利用率得到显著提高，从而使得电池整体电化学 性能得到很大的提升，在未来可以实现电池的快速充放电。 附图说明 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。 图1是本发明实施例1制备的DFS样品的扫描电镜图； 图2是本发明实施例2制备的PFDFS@3DHHC1样品的扫描电镜图； 图3是本发明实施例3制备的PFDFS@3DHHC2样品的光电子能谱图； 图4是本发明实施例4制备的DCS@3DHHC样品的扫描电镜图； 图5是本发明实施例5制备的DNS@3DHHC样品的扫描电镜图； 图6是本发明实施例6制备的PFDFS@3DHHC3样品的X射线粉末衍射图谱； 图7是本发明实施例7制备的PFDFS@3DHHC3电极电池在0.1C倍率下的电压曲线图； 图8是本发明实施例8制备的PFDFS@3DHHC3电极电池在不同充放电电压区间的容 5 CN 111613789 A 说　明　书 3/8 页 量对比图； 图9是本发明实施例9制备的DCS@3DHHC电极电池在优化电压区间的库仑效率图； 图10是本发明实施例10制备的PFDFS@3DHHC1与DFS/3DC电极在不同电压区间的电 池倍率性能对比图。