[發(fā)明專利]一種硫化鈷/碳復(fù)合材料的制備方法及其產(chǎn)品與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610229844.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN105719846B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周曉平;成夏嵐;許麗梅;馬琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 嶺南師范學(xué)院
• 主分類號(hào): H01G11/32
• 分類號(hào): H01G11/32;H01G11/30;H01G11/86
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 張?jiān)鹿?林偉斌

本發(fā)明提供了一種硫化鈷/碳復(fù)合材料的制備方法及其產(chǎn)品與應(yīng)用。所述的制備方法包括以下步驟：S1.將可溶性的鈷鹽和二硫化碳（CS₂）混合，得到均勻的溶液；所述的鈷鹽與二硫化碳（CS₂）的物質(zhì)的量之比為1：1~1.5；S2.將步驟S1所得溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；所述溶劑熱反應(yīng)的條件為：反應(yīng)溫度為180～220℃，反應(yīng)時(shí)間為20～24小時(shí)；S3.對(duì)步驟S2所得混合物進(jìn)行分離，收集固體產(chǎn)物，洗滌，干燥，即得硫化鈷/碳復(fù)合材料。所述制備方法巧妙地利用二硫化碳作為反應(yīng)原料，二硫化碳在溶劑熱反應(yīng)過程中既作溶劑，又作硫源，又作碳源。其簡(jiǎn)單，易操作，對(duì)設(shè)備要求不高。所述的硫化鈷/碳復(fù)合材料具有較高的比電容和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，且電容衰減低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源材料和能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種硫化鈷/碳復(fù)合材料的制備方法及其產(chǎn)品與應(yīng)用。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器，又叫電化學(xué)超級(jí)電容器，是近年來出現(xiàn)的一種新型能量存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)換器件，是一種介于平行板電容器和電池之間的新型能源器件。與傳統(tǒng)的平行板電容器相比，超級(jí)電容器具有更高的能量密度，而與二次電池相比，超級(jí)電容器具有更高的功率密度。電化學(xué)超級(jí)電容器具有體積小、容量大、充電速度快、功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作范圍寬、可靠性好、成本低廉，使得其在新能源科技、通信技術(shù)、電子電力等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用前景。目前，商業(yè)化的超級(jí)電容器已應(yīng)用于混合電動(dòng)汽車、大功率輸出設(shè)備等，并形成非常可觀的市場(chǎng)規(guī)模，近年來保持近20%的全球增長(zhǎng)率。

電極材料直接決定著超級(jí)電容器的性能，制備導(dǎo)電性好、比表面積大、比電容高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、可逆性好、成本低廉的電極材料是超級(jí)電容器電極材料研究的最終目標(biāo)。目前，超級(jí)電容器的電極材料主要包括碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。

碳材料主要包括：活性炭、碳納米管、石墨烯等。這些碳材料由于具有比表面積大、孔隙率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，作為超級(jí)電容器電極材料可獲得較高的能量密度和功率密度。然而，這些碳材料中，活性炭的內(nèi)阻較大、比電容較小，碳納米管和石墨烯雖然導(dǎo)電性較好，但其制備成本高。以聚苯胺、聚吡咯等為代表的導(dǎo)電聚合物因其體系含有共軛Π電子，可獲得較高的氧化還原贗電容，但是導(dǎo)電聚合物本身對(duì)溫度的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致其在長(zhǎng)時(shí)間充放電循環(huán)中會(huì)出現(xiàn)塌陷、變形等情況，影響電極的循環(huán)壽命。金屬氧化物是另一類重要的超級(jí)電容器電極材料。在這些金屬氧化物中，二氧化釕及水合物及其氫氧化物因?qū)щ娦院谩⒗碚摫热萘扛叩葍?yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是最有潛質(zhì)的電極材料，然而其本身的毒性及高成本限制了其實(shí)際應(yīng)用。以二氧化錳、氧化鈷、氧化鎳等為代表的過渡金屬氧化物因理論容量高且價(jià)格低廉而被用作二氧化釕的替代品。然而這些過渡金屬氧化物大都屬于半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性較差，導(dǎo)致其作為超級(jí)電容器電極材料的實(shí)際容量比其理論容量小很多。

過渡金屬硫化物由于在光伏技術(shù)、太陽能電池、熱電技術(shù)、光催化、電化學(xué)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景而被廣泛關(guān)注，是近年來研究較多的另一類超級(jí)電容器電極材料。目前，制備過渡金屬硫化物的方法主要包括熱分解法、溶劑熱法、水熱法、化學(xué)氣相沉積法等。在這些制備方法中，溶劑熱法因其所得產(chǎn)品純度高、結(jié)晶性好而備受關(guān)注。不同的硫源對(duì)所得硫化物性能影響較大。目前所用的硫源主要是可溶性硫化物、硫代硫酸鹽以及含硫生物大分子。然而，利用這些硫源合成金屬硫化物時(shí)，其晶體生長(zhǎng)機(jī)理往往較為復(fù)雜，生長(zhǎng)過程受溫度的影響較大。與此同時(shí)，金屬硫化物和金屬氧化物一樣，都是半導(dǎo)體，這對(duì)于其在超級(jí)電容器上的應(yīng)用是不利的。

為了提高電極材料的導(dǎo)電性和電化學(xué)性能，往往采用復(fù)合的方法。將導(dǎo)電性較好的碳材料與金屬硫化物進(jìn)行復(fù)合，充分利用碳材料的導(dǎo)電性和金屬硫化物材料的贗電容特性，從而達(dá)到提高電極材料性能的目的。這種復(fù)合材料能顯示出不同材料之間良好的協(xié)同效應(yīng)，對(duì)于提高材料的超電容性能有非常重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可用于電化學(xué)超級(jí)電容器的、具有優(yōu)異電化學(xué)性能的、制備簡(jiǎn)單、成本低廉的硫化鈷/碳復(fù)合材料的制備方法。