一种用于锂离子电池快速充电的TiS2负极材料

本发明属于锂电池领域，特别涉及一种用于锂离子电池快速充电的tis2负极材料。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、汽车电动化已成为未来汽车行业发展的趋势。然而续航里程短、充电时间长阻碍了电动汽车市场的进一步扩大。因此，需要一种快速充电的电极材料，在保证较高的能量密度和安全性的情况下满足电池快速充电的需求。尖晶石型钛酸锂(li4ti5o12，lto)负极材料因其“零应变”特性与较高的安全性，在锂离子电池快充领域受到了广泛且深入的关注与研究。然而，尖晶石型钛酸锂材料的理论比容量(175mahg-1)较低，使其具有较低的能量密度，限制了其在电池领域的实际应用。例如：论文《tis2asanadvancedconversionelectrodeforsodium-ionbatterieswithultra-highcapacityandlong-cyclelife》首次将二硫化钛(tis2)作为转换反应负极材料应用于钠离子电池，制备方法包括：采用高温真空烧结法制备出了二硫化钛样品(tis2)，但其未公开在tis2锂离子电池上的应用，其循环性能和倍率性能也有待提升。

3、过渡金属硫化物二硫化钛(tis2)由于自身优越的层状结构、良好的脱嵌锂性能和较高的理论比容量，在锂离子电池负极材料的应用上有良好的应用前景。

4、因此，急需开发一种满足电池在保证较高的能量密度和安全性的情况下快速充电的需求的锂离子电池负极材料。

技术实现思路

1、为满足电池在保证较高的能量密度和安全性的情况下快速充电的需求，本发明将钛粉、硫粉制成薄片，采用气相化学沉积法合成出单晶且多位错的二硫化钛(tis2)用于锂离子电池负极材料，单晶结构可通过减少锂离子扩散路径的晶界来提升充放电速率能力，多位错的结构特性可缓冲充放电过程中的体积膨胀、减少离子和电子的扩散距离达到快速充放电的需求，同时位错缺陷可增加储锂活性位点，提升材料的可逆容量和倍率性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供了一种用于锂离子电池快速充电的tis2负极材料，包括：

4、将钛粉、硫粉混合均匀，制成薄片；

5、将所述薄片采用气相化学沉积法制成单晶多位错的二硫化钛，即得。

6、本发明将钛粉、硫粉制成薄片，采用气相化学沉积法合成出单晶且多位错的二硫化钛(tis2)用于锂离子电池负极材料，单晶结构可通过减少锂离子扩散路径的晶界来提升充放电速率能力，多位错的结构特性可缓冲充放电过程中的体积膨胀、减少离子和电子的扩散距离达到快速充放电的需求，同时位错缺陷可增加储锂活性位点，提升材料的可逆容量和倍率性能。

7、在一些实施例中，所述钛粉、硫粉的质量比为1-3：2-6。

8、在一些实施例中，所述混合的具体方法为将钛粉、硫粉共同研磨10-30min。

9、在一些实施例中，所述气相化学沉积法的具体步骤为将薄片装入容器中，抽真空密封，煅烧，冷却至室温，即得。

10、在一些实施例中，所述煅烧的温度为640℃～650℃。

11、在一些实施例中，保温时间为24-72h。

12、在一些实施例中，升温速率为1-5℃/min。

13、本发明的第二个方面，提供了上述的方法制备的tis2负极材料。

14、在一些实施例中，所述tis2负极材料为纳米片状形貌，形状为六边形，横向尺寸为1～5μm，厚度小于500nm。

15、本发明的第三个方面，提供了一种锂离子电池，负极材料为上述的tis2负极材料。

16、本发明的有益效果

17、(1)本发明在0.05ag-1的电流密度下sd-tis2放电比容量约为236.7mahg-1,在高电流密度3.2ag-1下的放电比容量约为177.4mahg-1,远高于商业tis2(约103.0mahg-1),同时也高于常见快充材料li4ti5o12的理论比容量(175mahg-1)。即使在超高电流密度6.4ag-1下，仍然有着约157.7mahg-1的高放电比容量。在0.2ag-1的小电流密度下200次循环后sd-tis2有着216.5mahg-1的放电比容量，容量保持率为93.7％；在0.6ag-1的适中电流密度下300次循环后sd-tis2有着184.6mahg-1的放电比容量，容量保持率高达91.0％；在1ag-1的大电流密度下500次循环后sd-tis2有着156.7mahg-1的放电比容量，容量保持率仍高达80.5％。

18、(2)本发明将钛粉、硫粉制成薄片，采用气相化学沉积法合成出单晶且多位错的二硫化钛(tis2)用于锂离子电池负极材料，单晶结构可通过减少锂离子扩散路径的晶界来提升充放电速率能力，多位错的结构特性可缓冲充放电过程中的体积膨胀、减少离子和电子的扩散距离达到快速充放电的需求，同时位错缺陷可增加储锂活性位点，提升材料的可逆容量和倍率性能。

19、(3)本发明制备方法简单、实用性强，易于推广。

技术特征：

1.一种用于锂离子电池快速充电的tis2负极材料，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的用于锂离子电池快速充电的tis2负极材料，其特征在于，所述钛粉、硫粉的质量比为1-3：2-6。

3.如权利要求1所述的用于锂离子电池快速充电的tis2负极材料，其特征在于，所述混合的具体方法为将钛粉、硫粉共同研磨10-30min。

4.如权利要求1所述的用于锂离子电池快速充电的tis2负极材料，其特征在于，所述气相化学沉积法的具体步骤为将薄片装入容器中，抽真空密封，煅烧，冷却至室温，即得。

5.如权利要求4所述的用于锂离子电池快速充电的tis2负极材料，其特征在于，所述煅烧的温度为640℃～650℃。

6.如权利要求4所述的用于锂离子电池快速充电的tis2负极材料，其特征在于，保温时间为24-72h。

7.如权利要求4所述的用于锂离子电池快速充电的tis2负极材料，其特征在于，升温速率为1-5℃/min。

8.权利要求1-7任一项所述的方法制备的tis2负极材料。

9.如权利要求8所述的tis2负极材料，其特征在于，所述tis2负极材料为纳米片状形貌，形状为六边形，横向尺寸为1～5μm，厚度小于500nm。

10.一种锂离子电池，其特征在于，负极材料为权利要求8或9所述的tis2负极材料。

技术总结
本发明属于锂电池领域，提供了一种用于锂离子电池快速充电的TiS<subgt;2</subgt;负极材料，包括：将钛粉、硫粉混合均匀，制成薄片；将所述薄片采用气相化学沉积法制成单晶多位错的二硫化钛，即得。单晶结构可通过减少锂离子扩散路径的晶界来提升充放电速率能力，多位错的结构特性可缓冲充放电过程中的体积膨胀、减少离子和电子的扩散距离达到快速充放电的需求，同时位错缺陷可增加储锂活性位点，提升材料的可逆容量和倍率性能。

技术研发人员：王成祥,胡义博,王凌旭
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17