水滑石/过渡族金属硫化物异质结复合电极材料及其应用

技术领域

本申请涉及电化学技术领域，具体涉及一种水滑石/过渡族金属硫化物异质结复合电极材料及其应用。

背景技术

现阶段对于二次电池的研究，主要是集中在以轻质金属阳离子为载荷离子的领域。其中，已经成功商业化的锂离子电池，具有高能量密度和长循环寿命等特点，一经推出便迅速主导了便携式电子产品和新能源汽车市场。然而近年来，常规锂电能量密度值的提升进入“平台期”，且时常发生的电池爆炸事故和不断上涨的电池生产成本，都推动着新型二次电池体系的开发。

近年来，一些以阴离子为载荷离子的氟离子电池和氯离子电池研究相继被报道。2011年，德国卡尔斯鲁厄理工学院的Fichtner等人以金属氟化物和金属铈分别作为正极和负极，组装了基于F

目前，金属氯化物、金属氯氧化物氯化有机聚合物和氢氧化物等都已被证实能够作为CIBs的正极材料，使其发展取得了一些成果。但是，以上多数已报道的CIBs电极材料，由于基于转换反应的储能机理往往会导致电极材料在充放电前后较大的体积变化，造成电解质分子插层以及材料晶体结构坍塌等问题，严重影响电池的循环寿命。与此同时，单一组分基元构筑的电极材料也会因为自身电子传递性差或氧化还原活性位点利用率低等缺点，抑制电池能量密度等电化学性能方面的提升。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于静电自组装的水滑石/过渡族金属硫化物异质结复合电极材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

水滑石/过渡族金属硫化物异质结复合电极材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将可溶性金属盐M

2)将步骤1)得到的水滑石纳米片与甲酰胺混合，静置后得到含有水滑石纳米片的上清液；

将过渡族金属硫化物M

3)将步骤2)中得到的含有水滑石纳米片的上清液与含有过渡族金属硫化物M

优选的，所述步骤1)中，所述可溶性金属盐M

优选的，所述步骤1)中，反应温度为60℃～130℃，反应时间为6～12小时。

优选的，步骤2)中，所述水滑石纳米片在甲酰胺中的浓度为1～2mg/mL。

优选的，步骤2)中，所述过渡族金属硫化物M

优选的，步骤2)中，水滑石纳米片与甲酰胺混合后，连续搅拌24～48h；冰浴条件下超声处理时间为6～12h。

优选的，步骤3)中，所述含有水滑石纳米片的上清液中水滑石纳米片浓度为0.5～5mg/mL，进一步优选0.8～1.5mg/mL，含有过渡族金属硫化物M

优选的，步骤3)中，所述含有水滑石纳米片的上清液与含有过渡族金属硫化物M

优选的，步骤3)中，所述含有水滑石纳米片的上清液与含有过渡族金属硫化物M

优选的，将所得混合溶液抽滤并分别使用去CO

所述水滑石/过渡族金属硫化物异质结复合电极材料能够用于氯离子电池的正极材料。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

(1)本发明将水滑石/过渡族金属硫化物异质结材料用作氯离子电池的正极材料，充分利用了水滑石的组分结构可调控性和类层状硫化物高导电性，同时通过水滑石的限域效应，实现对硫化物纳米片微观构型调控，有效缓解硫化物在循环过程中的体积膨胀，为氯离子电池提供了一类全新的正极材料；

(2)本发明采用静电自组装制备出有序堆叠的Cl

(3)本发明提升水滑石材料的电化学性能，实现了类层状过渡族金属硫化物在阴离子二次电池的应用，具有重要的科学研究价值，为拓展阴离子型二次电池电极材料制备技术提供新的思路，更重要的是在能源存储与转换领域具有广阔的应用前景和现实意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为NiFeLDH/VS

图2为VS

图3为CoFeLDH/VS

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例的氯离子电池正极材料，是由以下方法制备的：

1)将可溶性无机盐0.67gNi(NO

2)在甲酰胺中加入NiFeLDHs，配置浓度为1.5mg/mL的分散液，在通入氩气的条件下连续搅拌24小时，稍加静置后取含有NiFeLDHs纳米片的上清液150mL，上清液浓度为1mg/ml；

将VS

3)将步骤2)得到的水滑石纳米片与过渡族金属硫化物纳米片上清液分别连续共同滴入50mL、5mol/L的氯化钠溶液中进行混合，上清液在6h内匀速全部滴入，期间全程搅拌并通入惰性气体，完全滴入后继续搅拌3h。将上述混合溶液进行抽滤，并使用去碳去离子水和乙醇反复清洗3次，冷冻干燥后得到用于氯离子电池的正极材料。

图1为本实施例制备的NiFeLDHs/VS

以本实施例制备的水滑石/过渡族金属硫化物异质结材料为正极材料，离子液体为电解液，金属锂片为负极，组装成氯离子电池。在298K条件下，测试电池的循环稳定性。如图2所示，可见采用本实施例制备的正极材料，其在循环100次以后，依然具有很高的比容量，循环寿命长。

实施例2

本实施例的氯离子电池正极材料，是由以下方法制备的：

1)将可溶性无机盐0.67gNi(NO

2)在甲酰胺中加入NiFeLDHs，配置浓度为1.5mg/mL的分散液，在通入氩气的条件下连续搅拌24小时，稍加静置后取含有NiFeLDH纳米片的上清液200mL，其浓度为1mg/mL；

将VS

3)将步骤2)得到的水滑石纳米片与过渡族金属硫化物纳米片上清液分别连续共同滴入80mL、5mol/L的氯化钠溶液中进行混合，上清液在6h内匀速全部滴入，期间全程搅拌并通入惰性气体，完全滴入后继续搅拌3h。将上述混合溶液进行抽滤，并使用去碳去离子水和乙醇反复清洗3次，冷冻干燥后得到用于氯离子电池的正极材料。

实施例3

本实施例的氯离子电池正极材料，是由以下方法制备的：

1)将可溶性无机盐0.672gCo(NO

2)在甲酰胺中加入CoFeLDHs，配置浓度为1.5mg/mL的分散液，在通入氩气的条件下连续搅拌24小时，取含有CoFeLDH纳米片的上清液200mL，其浓度为1mg/mL；

将VS

3)将步骤2)得到的水滑石纳米片与过渡族金属硫化物纳米片上清液分别连续共同滴入80mL、5mol/L的氯化钠溶液中进行混合，上清液在6h内匀速全部滴入，期间全程搅拌并通入惰性气体，完全滴入后继续搅拌3h。将上述混合溶液进行抽滤，并使用去碳去离子水和乙醇反复清洗3次，冷冻干燥后得到用于氯离子电池的正极材料。

以本实施例制备的水滑石/过渡族金属硫化物异质结材料为正极材料，离子液体为电解液，金属锂片为负极，组装成氯离子电池。在298K条件下，测试电池的循环稳定性。如图3所示，可见采用本实施例制备的正极材料，其在循环100次以后，依然具有很高的充放电容量和库伦效率，循环寿命长。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。