[發明專利]一維棒狀CuFeS2化合物的制備方法與應用

有效

• 申請號: 201410673842.3
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104362343B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 趙金保;王昀暉;李雪
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01G49/12
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及合金型的過渡金屬硫化物，尤其是涉及一維棒狀CuFeS₂化合物的制備方法與應用。

背景技術

CuFeS₂作為合金型的過渡金屬硫化物，因充放電過程中涉及多電子電化學反應，理論質量比容量比較高可達587mAh/g，質量比能量可達881Wh/kg(25℃)。近年來，此類過渡金屬硫化物逐漸受到科研工作者的重視。目前已有的合成方法報道，主要是原子層積法制備薄膜(Barkat,L.,et al.(2006)."Growth and characterization of CuFeS₂thin films."Journal of Crystal Growth297(2):426-431.)；水熱合成納米棒狀的(Wang,M.X., et al.(2009)."Single crystal of CuFeS₂nanowires synthesized through solventhermalprocess."Materials Chemistry and Physics115(1):147-150.)以及溶劑熱法合成六邊形的CuFeS₂(Ding,W.,et al.(2013)."Electrochemical performance of the chalcopyrite CuFeS₂as cathode for lithium ion battery."Materials Chemistry and Physics137(3):872-876.)。在這些報道中，原子層積法對設備要求高，步驟多，合成成本高不適合批量制備。而常用合成納米棒狀的水熱方法是以Cu⁺及Fe³⁺的相應鹽類作為原料而不是Cu²⁺和Fe²⁺，在同樣純度下，一價的銅鹽的生產成本高于二價的鐵鹽，因為Cu⁺相對于Fe²⁺在同樣的條件下更容易被氧化成化合價更高的離子，因此這種方法雖能批量合成，但原料成本較高。此外，上述文獻中所述的溶劑熱法因使用有機溶劑乙二胺作為反應溶劑，從環境友好的角度來看，遠不如水熱合成法。因此，如何使用相對廉價的二價銅鹽及二價鐵鹽作為原料及環境友好的水溶劑作為反應溶劑制備CuFeS₂是一個值得探討的問題。CuFeS₂作為電極材料，有專利報道其電化學行為以及作為一次鋰電池正極材料的應用(參見公開號為102130358A 的中國發明專利申請)，該專利申請中CuFeS₂是作為一次鋰電池的正極材料。

鋰離子二次電池是一種高效率、高能量密度的電能存儲裝置，已經被廣泛應用于小型可移動電子設備。與其他電池體系一樣，鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液四大關鍵材料構成，材料的性質與鋰離子電池的性能有著非常重要的關系。

目前，鋰離子電池廣泛使用的正極材料主要為鋰離子可可逆地嵌入-脫嵌鋰離子過渡金屬氧化物、如以鈷酸鋰(LiCoO₂)、三元材料(LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂)等為代表的層狀金屬氧化物、以錳酸鋰(LiMn₂O₄)為代表的尖晶石型金屬氧化物、以磷酸鐵鋰(LiFePO₄)為代表的橄欖石型金屬氧化物等；負極材料為可可逆地嵌入-脫嵌鋰離子的化合物、如層狀石墨。這些高性能材料的應用，決定了鋰離子電池今天作為小型攜帶式通信電子設備(如手機、手提式電腦等) 的電源的不可撼動地位。但隨著社會的進一步發展(如電動汽車在動力源方面的要求)，現有的鋰離子電池體系在價格、安全性、比容量和功率性能、原材料的富足等方面都還有待提高。開發更高性能的材料和與之對應的鋰離子電池極為重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一維棒狀CuFeS₂化合物的制備方法與應用。

所述一維棒狀CuFeS₂化合物的制備方法的具體步驟如下：

將水溶性二價銅的無機鹽與水溶性二價鐵的無機鹽溶于去離子水中，再加入硫粉，攪拌成黃綠色渾濁液，在水熱釜中水熱反應，然后離心，清洗，烘干，即得灰黑色的最終產物一維棒狀CuFeS₂化合物。

按摩爾比銅∶鐵∶硫＝1∶(0.2～1)∶(0.8～1.5)。