本發(fā)明涉及新能源材料，具體涉及一種負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、作為電動汽車核心組件的二次電池面臨著能量密度、功率密度、可靠性和安全方面的各種技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是快速充電能力是一個非常重要的特性。

2、當(dāng)前二次電池的負(fù)極材料主要為石墨，對石墨表面改性是一種提高金屬離子插入反應(yīng)電化學(xué)動力學(xué)從而提高充電速率的有效方法。han等人報道，在石墨表面使用煤焦油瀝青的均勻非晶碳涂層提高了石墨負(fù)極的倍率性能。cheng等人用堿化合物制備了表面蝕刻石墨，以增加金屬離子嵌入石墨的位點數(shù)量，顯著增強了石墨負(fù)極的倍率性能。但是，這些方法也會導(dǎo)致石墨的初始庫倫效率顯著降低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中石墨負(fù)極材料的初始庫倫效率低，電化學(xué)性能不佳的問題，本發(fā)明提供了一種負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用，提高了石墨負(fù)極材料的初始庫倫效率，同時具有較好的倍率性能。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種負(fù)極材料，包括v5s8@石墨復(fù)合材料；所述復(fù)合材料中，v5s8包覆在石墨的表面。

3、在一種可選的實施方式中，所述復(fù)合材料中，v5s8的質(zhì)量占所述復(fù)合材料質(zhì)量的1.21％-14.55％；

4、優(yōu)選地，所述復(fù)合材料中，v5s8的質(zhì)量占所述復(fù)合材料質(zhì)量的2.49％-11.94％；

5、進一步優(yōu)選地，所述復(fù)合材料中，v5s8的質(zhì)量占所述復(fù)合材料質(zhì)量的6.03％-8.00％。

6、在一種可選的實施方式中，所述復(fù)合材料中，v5s8包覆在石墨的表面形成包覆層，包覆層的厚度為0.2μm-1μm，和/或，石墨的粒徑為6.5μm-18μm。

7、在一種可選的實施方式中，v5s8的晶體結(jié)構(gòu)為隧道結(jié)構(gòu)，石墨的晶體結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)。

8、在一種可選的實施方式中，所述層狀結(jié)構(gòu)的層間距為0.333nm-0.337nm。

9、第二方面，本發(fā)明提供了一種所述的負(fù)極材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

10、將石墨和五氧化二釩在溶劑中混合，然后除去溶劑，形成前驅(qū)體；

11、將所述前驅(qū)體與硫粉在熱處理下進行反應(yīng)。

12、在一種可選的實施方式中，所述熱處理的氣氛為氫氣與惰性氣體的混合氣氛；所述混合氣氛中氫氣與惰性氣體的體積比為(6-8)：(92-94)；

13、所述混合氣氛的通入量為每50l容器內(nèi)流量為10-30ml/min。

14、所述熱處理包括：先在150℃-250℃下退火1h-2h，然后升溫至700℃-1000℃。

15、在一種可選的實施方式中，先以2℃/min-5℃/min的升溫速率升溫至150℃-250℃下退火1h-2h，然后以4℃/min-6℃/min的升溫速率升溫至700℃-1000℃；

16、所述惰性氣體選自氬氣、氦氣、氮氣、氖氣中的一種或多種。

17、在一種可選的實施方式中，石墨和五氧化二釩的質(zhì)量摩爾比為(3g-10g)：

18、(1mmol-2mmol)；

19、五氧化二釩與硫粉的質(zhì)量摩爾比為(1mmol-2mmol)：(2g-4g)。

20、所述石墨、五氧化二釩與硫粉的質(zhì)量摩爾比為(3g-10g)：(1mmol-2mmol)：

21、(2g-4g)。

22、在一種可選的實施方式中，所述將石墨和五氧化二釩在溶劑中混合，除去溶劑，形成前驅(qū)體，包括：

23、將石墨粉末分散在溶劑中形成懸浮液，然后將五氧化二釩粉末加入到所述懸浮液中，在40℃-80℃下，攪拌使溶劑完全蒸發(fā)，形成前驅(qū)體；

24、所述溶劑選自乙醇、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、甲醇、四氯化碳、丙酮中的一種或多種；

25、所述攪拌的速度為200rpm/min-600rpm/min。

26、第三方面，本發(fā)明提供了一種所述的負(fù)極材料或所述的制備方法制備而成的負(fù)極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

27、第四方面，本發(fā)明提供了一種負(fù)極片，所述負(fù)極片包括所述的負(fù)極材料或所述的制備方法制備而成的負(fù)極材料。

28、第五方面，本發(fā)明提供了一種二次電池，所述二次電池包括所述的負(fù)極片。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

30、本發(fā)明提供的一種負(fù)極材料，包括v5s8@石墨復(fù)合材料；所述復(fù)合材料中，v5s8包覆在石墨的表面。采用v5s8包覆石墨以解決石墨負(fù)極材料電化學(xué)性能不佳，不能兼顧倍率性能和初始庫倫效率的問題，試驗證明，通過v5s8包覆石墨，不僅可以提高石墨負(fù)極材料的充放電速度，提高了電池的高倍率性能，還可以增加負(fù)極材料的吸液量(潤濕性)，增大電池容量，增強了電池的初始庫倫效率，提升了電化學(xué)性能。

技術(shù)特征：

1.一種負(fù)極材料，其特征在于，包括v5s8@石墨復(fù)合材料；所述復(fù)合材料中，v5s8包覆在石墨的表面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述復(fù)合材料中，v5s8的質(zhì)量占所述復(fù)合材料質(zhì)量的1.21％-14.55％；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述復(fù)合材料中，v5s8包覆在石墨的表面形成包覆層，包覆層的厚度為0.2μm-1μm，和/或，石墨的粒徑為6.5μm-18μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極材料，其特征在于，v5s8的晶體結(jié)構(gòu)為隧道結(jié)構(gòu)，石墨的晶體結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述層狀結(jié)構(gòu)的層間距為0.333nm-0.337nm。

6.一種如權(quán)利要求1-5任一項所述的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理的氣氛為氫氣與惰性氣體的混合氣氛；所述混合氣氛中氫氣與惰性氣體的體積比為(6-8)：(92-94)；

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，石墨和五氧化二釩的質(zhì)量摩爾比為(3g-10g)：(1mmol-2mmol)；

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述將石墨和五氧化二釩在溶劑中混合，除去溶劑，形成前驅(qū)體，包括：

10.一種負(fù)極片，其特征在于，所述負(fù)極片包括權(quán)利要求1-5任一項所述的負(fù)極材料或權(quán)利要求6-9任一項所述的制備方法制備而成的負(fù)極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用，所述負(fù)極材料，包括V<subgt;5</subgt;S<subgt;8</subgt;@石墨復(fù)合材料；所述復(fù)合材料中，V<subgt;5</subgt;S<subgt;8</subgt;包覆在石墨的表面。采用V<subgt;5</subgt;S<subgt;8</subgt;包覆石墨以解決石墨負(fù)極材料電化學(xué)性能不佳，不能兼顧倍率性能和初始庫倫效率的問題，試驗證明，通過V<subgt;5</subgt;S<subgt;8</subgt;包覆石墨，可以提高石墨負(fù)極材料的潤濕性、倍率性能和初始庫倫效率。

技術(shù)研發(fā)人員：陳洋武,王金鉆,孫振,劉嬋,侯敏,曹輝
受保護的技術(shù)使用者：瑞浦蘭鈞能源股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9