一种锂硫电池的磷化锡@碳复合负极活性前驱材料、负极活性材料、负极及其制备的制作方法

技术特征：
1.一种锂硫电池磷化锡@碳复合负极活性前驱材料，其特征在于：包括碳单质骨架以及镶嵌在其外表面且呈点状分布的磷化锡纳米粒子；碳单质骨架为一维碳单质和/或零维碳单质。2.如权利要求1所述的锂硫电池磷化锡@碳复合负极活性前驱材料，其特征在于：所述的碳单质骨架为碳纳米管、碳纳米纤维、碳空心球、碳实心球中的至少一种；所述的碳单质骨架为石墨化碳和/或无定形碳；优选地，所述的碳单质骨架为碳纳米管；进一步优选，所述的碳纳米管的直径为5-100nm；进一步优选为10-40nm；优选地，所述的碳纳米管的管壁厚度为1-20nm；进一步优选为4-8nm。3.如权利要求1所述的锂硫电池磷化锡@碳复合负极活性前驱材料，其特征在于：磷化锡纳米粒子的粒径为0.1-10nm；进一步优选为3-6nm；优选地，所述的磷化锡@碳复合负极活性前驱材料中，磷化锡纳米粒子的含量为5wt％～50wt％；进一步优选为10wt％～30wt％。4.一种权利要求1～3任一项所述的锂硫电池磷化锡@碳复合负极活性前驱材料的制备方法，其特征在于：将包含sn(ii)源、碳单质骨架、醇的原料溶液进行溶剂热反应，在碳单质骨架的表面形成点状分布的sn氧化物；随后再和磷源在惰性气氛中进行固相磷化处理，即得；所述的原料溶液中，sn(ii)源的摩尔浓度为0.2～1mol/l；碳单质骨架的浓度为15～40g/l。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的sn(ii)源为氯化亚锡、硫酸亚锡中的至少一种；优选地，所述的醇为乙醇、甲醇、2-丙醇中的至少一种优选地，碳单质骨架的浓度为20～40g/l；优选地，所述的溶剂热的温度为100～250℃，优选为140～190℃；优选地，所述的溶剂热的时间为5～15h，优选为8～12h；优选地，所述的磷源为偏磷酸盐、次磷酸盐中的至少一种；磷源的用量不低于将sn完全反应的理论摩尔量，优选为理论摩尔量的1～4倍；所述的固相磷化处理的温度为250～500℃；升温速率为1℃/min～2℃/min；优选地，固相磷化处理的时间为10min～3h，优选为10min～1h。6.一种权利要求1～3任一项所述的锂硫电池磷化锡@碳复合负极活性前驱材料，或权利要求4或5所述制备方法制得的锂硫电池磷化锡@碳复合负极活性前驱材料的应用，其特征在于：将其进行载锂处理，制得锂硫电池金属锂复合负极活性材料。7.一种锂硫电池金属锂复合负极活性材料，其特征在于，包括所述的碳单质骨架，复合在碳单质骨架外表面的诱导层，以及复合在诱导层表面的金属锂单质；所述的诱导层包括li-sn合金以及li3p；优选地，所述的锂硫电池金属锂复合负极活性材料由权利要求1～3任一项所述的锂硫电池磷化锡@碳复合负极活性前驱材料，或权利要求4或5所述制备方法制得的锂硫电池磷化锡@碳复合负极活性前驱材料经载锂得到。8.一种锂硫电池负极，其特征在于，包含权利要求7所述的锂硫电池金属锂复合负极活
性材料；优选地，包括负极集流体、复合在集流体表面的金属锂活性层；所述的金属锂活性层包括导电碳和所述的锂硫电池金属锂复合负极活性材料，以及将材料粘结并复合在集流体表面的粘结剂；优选地，金属锂复合在诱导层的表面，还填充在锂硫电池金属锂复合负极活性材料颗粒之间的间隙中。9.一种锂硫电池负极的制备方法，其特征在于，将权利要求1～3任一项所述的前驱材料或权利要求4～5任一项制备方法制得的前驱材料、导电剂和粘结剂浆化，并复合在负极集流体的表面，固化、干燥得到负极前驱体；随后向负极前驱体进行载锂处理，使前驱材料预先锂化并诱导锂金属在锂化诱导层的表面以及前驱材料的间隙中沉积，制得所述的锂硫电池负极；优选地，所述的载锂处理的方法为熔融填锂或者电沉积填锂；进一步优选为电沉积填锂。10.一种锂硫电池，其特征在于，包含权利要求8所述的负极，或者权利要求9所述的制备方法制得的负极。

技术总结
本发明属于锂金属电池负极材料领域。具体公开了一种锂硫电池磷化锡@碳复合负极活性前驱材料，包括碳单质骨架，以及镶嵌在其外表面且呈点状分布的磷化锡纳米粒子。本发明还公开了所述的亲锂性负极活性材料应用于锂金属复合电极的制备。本发明所述的材料，在碳单质骨架外表面均匀弥散分布磷化锡纳米点，基于所述的创新形貌和结构特性，结合碳单质骨架丰富的比表面、良好的导电性，有效地降低了局部电流密度，实现了锂金属持续循环过程中均匀的沉积和溶解，有效避免枝晶的生长，大幅度提高其在锂硫电池中的循环寿命。锂硫电池中的循环寿命。


技术研发人员：洪波 赖延清 赖俊全 姜怀 张治安 张凯 方静
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2020.08.31
技术公布日：2022/2/28