[發明專利]一種含硫生物氨基酸輔助合成納米鎳硫化合物的方法

在審

• 申請號: 201410478498.2
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104201347A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 孫俊才;劉玲娟;李嵩;文鐘晟;季世軍
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李馨

技術領域

本發明涉及一種含硫生物氨基酸輔助合成納米鎳硫化合物的方法，屬于鋰離子電 池技術領域。

背景技術

鋰離子電池作為重要的二次電池在移動電源、可再生能源輸變電的儲能、智能電 網和微網的有功補償和調配管理、電動汽車等領域有著廣泛的應用。鋰離子電池正極 活性物質的性能直接決定著鋰離子電池的容量。目前用于鋰離子電池正極材料的電化 學比容量均小于300mAh/g。發展和尋求高比容量的鋰離子電池正極材料是提高鋰離 子電池容量的重要途徑。納米鎳硫化合物是一類重要的高比容量的鋰離子電池正極材 料。

納米材料由于尺寸小、比表面大和量子尺寸效應等原因，具有不同于常規固體的 新特性，在許多領域得到了廣泛的應用，主要包括納米光材料、納米磁性材料、新型 陶瓷、納米傳感材料、納米電化學材料以及納米機器人等。過渡金屬硫化物作為一種 重要的無機功能材料具有特殊的電子結構、分子結構及電磁學性質，同時也具有獨特 的成鍵方式，在共振成像、超導體、空間技術、粒子加速器、地球物理探測等領域有 廣泛應用。鎳金屬硫化物中的NiS是一種性能優良的半導體納米材料，在太陽能電池 和加氫脫硫催化反應中有廣泛應用，在鋰電池正極材料方面具有很大的應用潛力，其 理論電化學容量達到590mAh/g。鎳金屬硫化物中的Ni₃S₄具有理論脫嵌鋰的電化學容 量高(C＝704.5mAh/g)、儲鋰能力強、化學穩定性好等優勢，是一種理想的鋰離子電 池正極材料。鎳金屬硫化物中的NiS₂也具有較好的儲鋰能力。

目前人們已經相繼合成了多種形貌的鎳硫化合物納米材料。主要方法有濕化學法、 固態反應法和物理氣相沉積法等。CN1974415A公開了一種將碳鏈溶解在離子液體中 制備出棒狀NiS[張晟卯，張春麗，等.硫化鎳納米棒的制備方法[P].CN1974415A, 2007.06.06]的方法。CN102633309A公開了一種將鎳鹽、硫源、絡合劑以一定的摩爾 比混合，水熱合成了立方體形、球形和片形的NiS₂[曹曉暉，孟錦宏，等.一種形貌可 控NiS₂的水熱制備方法[P].CN102633309A,2012.08.15]的方法，耿新玲以NiSO₄·6H₂O 和Na₂S₂O₄·2H₂O為原料，采用液相法室溫合成了Ni₃S₄[耿新玲，袁偉.液相法制備Ni₃S₄ 納米粉[J].無機材料學報,2003,18(01):149-155]的方法。但是上述方法中，采用的硫源 均為無機化合物，在反應過程中產生大量硫化氫氣體，有環境污染的潛在危害。

發明內容

本發明通過含硫生物氨基酸代替現有技術中的無機硫源作為結構導向劑和硫源， 采用濕化學法合成不同形貌的納米鎳硫化合物，解決了上述反應過程中產生大量硫化 氫氣體污染環境的問題。

本發明提供了一種含硫生物氨基酸輔助合成納米鎳硫化合物的方法，所述方法以 含硫生物氨基酸為原料，采用濕化學法合成納米鎳硫化合物；

所述含硫生物氨基酸為L-半胱氨酸、L-胱氨酸、谷胱甘肽或甲硫氨酸。

本發明所述含硫生物氨基酸起始濃度優選為0.03～0.20mol/L。

本發明所述方法優選為將鎳源溶于溶劑得到溶液Ⅰ，將含硫生物氨基酸溶于溶劑 得到溶液Ⅱ，將溶液Ⅰ與溶液Ⅱ混勻，調pH值至1～12，160～260℃反應12～48h， 洗滌，干燥。

本發明所述鎳源優選為醋酸鎳、氯化鎳或硫酸鎳。

本發明所述溶劑優選為水或無水乙醇。

本發明所述鎳源與含硫生物氨基酸中的鎳原子與硫原子的摩爾比優選為1：1～5。

本發明合成的納米鎳硫化合物的相為NiS、NiS₂和Ni₃S₄中的至少一種，其形貌為 納米晶組成的直徑為0.5～15μm的納米球、納米疊片花或納米花。

本發明有益效果為：

①本發明以易得的含硫生物氨基酸為原料，利用其分子結構及特殊官能團，如 -SH、-NH3等的相互作用制備不同形貌及不同原子比的納米鎳硫化合物；