CuCo2S4/Cu制造技术

本发明专利技术公开了一种CuCo2S4/Cu

【技术实现步骤摘要】
CuCo2S4/Cu
7.4
S4纳米复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料领域，特别涉及一种纳米复合材料、其制备方法以及在电池方面的应用。

技术介绍

[0002]随着移动便携式设备和电动汽车的广泛使用，迫切需要开发出一种有效且可持续的能量转换与存储系统。锂离子电池(LIBs)由于其高的能量密度和成熟的技术而被广泛应用。然而，LIBs的高成本和锂枝晶等问题使得研究人员努力探索更高储量和更安全的替代品——超锂离子电池，如镁离子电池(MIBs)、钠离子电池(SIBs)和锌离子电池(ZIBs)。尤其是可充镁离子电池(RMBs)，由于镁负极的大理论容量(3833mAh cm
‑3和2205mAh g
‑1)、低氧化还原电位(
‑
2.36V vs.SHE)、优越的安全性、丰富的资源和低成本而受到越来越多的关注。然而，由于缺乏合适的正极材料，RMBs的商业化发展仍然受到阻碍。目前，报道的RMBs正极材料主要包括Chevrel相M
x
Mo6T8(M＝金属，T＝S，Se)，MT2(M＝Mo,Ti,W,Cu,等,T＝S,Se)，V2O5，MnO2，MoO3，MgMSiO4(M＝Mn、Fe、Co等)，N
x
M2(PO4)3(M＝过渡金属，N＝Li，Na等)。其中，过渡金属硫化物(TMSs)由于其良好的导电性、较低的结构刚度以及在循环过程中与二价阳离子的弱相互作用已被证明是最有前途的RMBs正极材料之一，但其仍存在循环稳定性差、扩散动力学缓慢等问题。近年来，许多二元TMSs如CuS、CoS和FeS被广泛用作RMBs的正极材料。与二元TMSs相比，三元TMSs具有更好的电化学性能，因为它们具有更多的氧化还原活性位点和更高的电子电导率。最近，三元TMSs如NiCo2S4和CuCo2S4被用于LIBs和SIBs。有文献报道过CuCo2S4的低温合成，当用作RMBs正极材料时，在室温电流密度为10mAg
‑1的条件下，其比容量为140mAh g
‑1。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的之一在于提供一种二元TMS和三元TMS的纳米复合材料的制备方法，目的之二在于提供由该制备方法制得的纳米复合材料，目的之三在于提供该纳米复合材料作为镁离子电池正极材料的应用，目的之四在于提供一种以该纳米复合材料作为正极材料的镁离子电池。
[0004]经研究，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]1.CuCo2S4/Cu
7.4
S4纳米复合材料的制备方法，包含以下步骤：
[0006](1)将铜盐和钴盐加入溶剂Ⅰ中，搅拌均匀，待充分溶解后再加入硫源，继续搅拌，待充分反应后得到混合溶液A；铜盐选自铜的氯化物、铜的硫酸盐、铜的硝酸盐和铜的醋酸盐中的至少一种；钴盐选自钴的氯化物、钴的硫酸盐、钴的硝酸盐和钴的醋酸盐中的至少一种；硫源选自硫代乙酰胺、硫脲和硫代硫酸钠中的至少一种；溶剂Ⅰ为去离子水、无水乙醇和乙二醇中的至少一种；铜盐、钴盐和硫源的摩尔比为1:2:3
‑
6，铜盐在溶剂Ⅰ中的摩尔浓度为0.04～0.08mol/L；
[0007](2)将步骤(1)所得的混合溶液A密封在反应釜中，于120
‑
180℃反应6
‑
12小时；
[0008](3)待步骤(2)反应完全后，冷却，将沉淀洗涤、离心、真空干燥，即得CuCo2S4/Cu
7.4
S4纳米复合材料。
[0009]优选的，所述步骤(1)中，铜盐为铜的硝酸盐；钴盐为钴的硝酸盐；硫源为硫代硫酸钠；溶剂Ⅰ为乙二醇；铜盐、钴盐和硫源的摩尔比为1:2:3，铜盐在溶剂Ⅰ中的摩尔浓度为0.05mol/L。
[0010]优选的，所述步骤(2)中，于160℃反应10小时。
[0011]优选的，所述步骤(3)中，沉淀用去离子水和无水乙醇依次洗涤；真空干燥温度为60℃，真空干燥时间为12小时。
[0012]2.采用上述制备方法制得的CuCo2S4/Cu
7.4
S4纳米复合材料。
[0013]3.所述CuCo2S4/Cu
7.4
S4纳米复合材料作为镁离子电池正极材料的应用。
[0014]4.以所述CuCo2S4/Cu
7.4
S4纳米复合材料作为正极材料的镁离子电池。
[0015]本专利技术具有如下有益效果：
[0016](1)本专利技术采用简单的溶剂热法，一步合成了CuCo2S4/Cu
7.4
S4纳米复合材料，具有方法简单、成本低、工业化发展容易等优点。
[0017](2)CuCo2S4/Cu
7.2
S4纳米复合材料用作镁离子电池正极材料时，其粒径的减小(纳米级)，不仅可以缩短镁离子的扩散距离，有利于获得优异的扩散动力学；还能增加正极材料与电解液的接触面积，提高电极材料的利用率，从而实现更高的比容量。
[0018](3)CuCo2S4/Cu
7.2
S4纳米复合材料的多组分特征为电化学反应提供了更多的活性位点，从而能提高电极材料的导电性和电化学性能。
[0019](4)本专利技术制备的CuCo2S4/Cu
7.2
S4纳米复合材料用作镁离子电池正极材料时具有较高的放电比容量、优异的倍率性能和循环性能，解决了现有镁离子电池技术中电池比容量较低、循环性能较差的技术难题。
附图说明
[0020]图1为本专利技术制备例1制备的CuCo2S4/Cu
7.2
S4纳米复合材料的X射线衍射(XRD)图。
[0021]图2为本专利技术制备例1制备的CuCo2S4/Cu
7.2
S4纳米复合材料的扫描电镜(SEM)图。
[0022]图3为本专利技术制备例1制备的CuCo2S4/Cu
7.2
S4纳米复合材料的透射电镜(TEM)图。
[0023]图4为CuCo2S4/Cu
7.2
S4正极材料在不同电流密度下的首次充放电曲线。
[0024]图5为CuCo2S4/Cu
7.2
S4正极材料在300mA g
‑1电流密度下的长周期循环性能。
[0025]图6为CuCo2S4正极材料在300mA g
‑1电流密度下的长周期循环性能。
具体实施方式
[0026]下面结合实施例对本专利技术作进一步的阐释，以下的实施例仅作为一种说明，而不应该被理解为对本专利技术所涉及范围的限制。
[0027]制备例1.CuCo2S4/Cu
7.2
S4纳米复合材料的制备
[0028]CuCo2S4/Cu
7.2
S4纳米复合材料，其制备方法包括以下步骤：
[0029](1)将1.2080g(0.005mol)三水硝酸铜和2.9103g(0.01本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.CuCo2S4/Cu
7.4
S4纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)将铜盐和钴盐加入溶剂Ⅰ中，搅拌均匀，待充分溶解后再加入硫源，继续搅拌，待充分反应后得到混合溶液A；铜盐选自铜的氯化物、铜的硫酸盐、铜的硝酸盐和铜的醋酸盐中的至少一种；钴盐选自钴的氯化物、钴的硫酸盐、钴的硝酸盐和钴的醋酸盐中的至少一种；硫源选自硫代乙酰胺、硫脲和硫代硫酸钠中的至少一种；溶剂Ⅰ为去离子水、无水乙醇和乙二醇中的至少一种；铜盐、钴盐和硫源的摩尔比为1:2:3
‑
6，铜盐在溶剂Ⅰ中的摩尔浓度为0.04～0.08mol/L；(2)将步骤(1)所得的混合溶液A密封在反应釜中，于120
‑
180℃反应6
‑
12小时；(3)待步骤(2)反应完全后，冷却，将沉淀洗涤、离心、真空干燥，即得CuCo2S4/Cu
7.4
S4纳米复合材料。2.如权利要求1所述的CuCo2S4/Cu
7.4
S4纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡耀波，张琴，潘复生，苏建章，
申请(专利权)人：广东省国研科技研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：