[發(fā)明專利]一種PEG修飾CuS中空納米球及其制備方法與應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107732238A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇峰;王慶莉;李道聰
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;B82Y30/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙)34115
• 代理人: 汪貴艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新一代電化學(xué)儲能領(lǐng)域，具體涉及一種PEG修飾CuS中空納米球及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著人口的膨脹與社會的發(fā)展，新世紀(jì)里人類面對的能源問題以及由能源消耗帶來的環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重。人們越來越重視對新型清潔能源的開發(fā)與利用，而與之相輔相成的儲能技術(shù)也亟待提高。鋰離子電池作為新型電源，具有開路電壓高、循環(huán)壽命長、能量密度高、自放電低、無記憶效應(yīng)、對環(huán)境友好等優(yōu)點，多年的發(fā)展使鋰電池的應(yīng)用深入了我們生活的每個角落。但隨著生活品質(zhì)的不斷提高，我們對于鋰電池的續(xù)航能力、穩(wěn)定性和性價比的要求也在不斷提高，這就需要我們研發(fā)具有高能量密度，高穩(wěn)定性而且價格低廉的新型鋰離子電池。

Li-S電池是新型鋰離子電池研究的熱點之一，S單質(zhì)的來源廣泛，且是一種環(huán)境友好型單質(zhì)，鋰硫電池具有較高的理論比容量(1673mAh/g)，具有廣闊的發(fā)展空間。但是其穩(wěn)定性不佳制約了其在各領(lǐng)域的應(yīng)用，首要面對的問題就是電極反應(yīng)過程中產(chǎn)生S單質(zhì)會與電解液反應(yīng)造成不可逆的容量損失。本發(fā)明通過設(shè)計一種簡單耗時短的實驗方案制備一種PEG修飾的CuS中空納米球，希望由此材料制備Li-S電池，減少S的損失，提高電池的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種PEG修飾CuS中空納米球及其制備方法與應(yīng)用。利用該方法制備得到的PEG修飾CuS中空納米球，PEG包覆量與CuS中空納米球直徑可控，工藝流程簡便，PEG包覆上CuS的同時使用了S-C化學(xué)鍵和金屬硫化物來達(dá)到固硫的目的，有利于鋰硫電池的穩(wěn)定性提升。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種PEG修飾CuS中空納米球的制備方法，其包括以下步驟：

(1)在室溫情況下，將CuSO₄溶液與PVP(聚乙烯吡咯烷酮)按物質(zhì)的量比為1:100-500進(jìn)行混合，并置于磁力攪拌器上攪拌形成溶液A；

(2)向溶液A中加入堿溶液進(jìn)行攪拌，使溶液A的pH值為8.5～9；然后加入N₂H₄·H₂O溶液，經(jīng)反應(yīng)制備得Cu₂O納米球；其中CuSO₄與N₂H₄·H₂O物質(zhì)的量比為1:1～1:1.5；

(3)將Cu₂O納米球分散在乙醇與PEG(聚乙二醇)的混合溶液中，攪拌形成溶液B；

(4)向溶液B中加入含有硫源的乙醇溶液，其中硫元素的含量為0.025～0.1mol/L，密封后泵入惰性氣體、升溫進(jìn)行純化，純化產(chǎn)物經(jīng)洗滌、烘烤后得PEG修飾CuS復(fù)合中空納米球。

進(jìn)一步方案，步驟(1)中所述的CuSO₄溶液的濃度為2～6mmol/L，所述PVP的K值為27-32。

進(jìn)一步方案，步驟(2)中所述的N₂H₄·H₂O溶液的濃度為0.1～0.3mol/L，所述Cu₂O納米球的直徑為70～120nm。

進(jìn)一步方案，步驟(4)中所述的硫源為可溶于乙醇的硫化物。

進(jìn)一步方案，所述可溶于乙醇的硫化物為硫脲或辛硫醇。

進(jìn)一步方案，步驟(4)中所述的純化是指先在惰性氣體中以90-95℃保溫30～60分鐘，然后脫氣30～10分鐘，最后在140-220℃高溫條件下保溫60～120分鐘；純化產(chǎn)物的洗滌是指在丙酮與乙醇中洗滌并以4000～6000rpm的轉(zhuǎn)速離心5～15分鐘。

本發(fā)明的另一個發(fā)明目的是提供上述制備方法所制備出的PEG修飾CuS復(fù)合中空納米球。

本發(fā)明的另一個發(fā)明目的是提供上述PEG修飾CuS復(fù)合中空納米球的應(yīng)用，所述PEG修飾CuS復(fù)合中空納米球作為鋰硫電池的正極材料。

本發(fā)明的制備過程操作步驟簡便，通過Cu對單質(zhì)硫的固定作用，以及PEG修飾的納米顆粒表面結(jié)構(gòu)，減小電極反應(yīng)過程中形成S單質(zhì)的相對量，達(dá)到固硫的目的，利用這樣一種CuS中空納米球材料制備具有良好充放電循環(huán)性能的Li-S電池。

附圖說明

圖1為實施例1制備的PEG修飾CuS中空納米球材料的TEM圖；

圖2為實施例1制備的PEG修飾CuS中空納米球材料和CuS中空納米球材料分別作為正極材料制備扣式電池的循環(huán)性能。

具體實施方式

實施例1