[發明專利]一種納米三硫化鎢的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201810758193.5
• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN109019689B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 張正富;范蘇曉;徐嘉輝;任艷坤
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01G41/00
• 分類號: C01G41/00;H01M4/58;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種納米三硫化鎢的制備方法，向氨水中緩慢加入三氧化鎢，攪拌均勻，再加入硫代乙酰胺，攪拌至完全溶解；將混合液脫氣密封后，在160~200℃下反應20~30h，冷卻至室溫后，在40~60℃下真空干燥4~8h；再在氬氣保護氣氛下200~250℃保溫1~4h，冷卻后得到納米三硫化鎢。制得的納米三硫化鎢可作為鋰電池負極材料。本發明在低溫下合成三硫化鎢，避免了高溫下氧化鎢雜相的出現，純度高，且本方法的產率較高，環境污染更小，材料的結構和性能也較為突出。

技術領域

本發明涉及一種納米三硫化鎢的制備方法及應用，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

隨著社會經濟日益發展和人口的快速增長，能源與環境問題已經成為21世紀必須面對的兩個嚴峻問題，開發清潔可再生新能源已經成為當今世界重大研究熱點。化學電源，尤其是二次電源，作為一種可以實現化學能和電能相互轉化的裝置，是合理有效利用能源的關鍵器件，是目前解決能源問題的重要手段之一。在鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等眾多系列電池中，鋰離子二次電池以其高可逆容量、高電壓、高循環性能和高能量密度等優越的性能成為當今世界上電池研發及應用的熱點，被稱為21世紀的主導化學電源，其應用領域不斷擴大。但鋰離子電池行業競爭非常激烈，尋找高容量、低成本的新型電極材料是進一步降低電池成本、增強競爭力的有力手段。

納米過渡金屬硫化物（MS_x，M=Mo、W、Cu、V）負極具有良好的的儲鋰性能，其容量遠遠高于商品鋰離子電池中所用的石墨負極材料。其中WS₃是常溫下鎢的較為穩定的硫化物，環境毒害小，價格低廉，理論比容量較高，是一種有發展潛力的鋰離子電池負極材料，然而，由于WS₃的電導率低，且在充放電過程中體積變化大，導致其倍率性能和循環穩定性差，影響了其實際運用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米三硫化鎢的制備方法及應用，該方法工藝簡單、成本低，環境污染小，得到的產物為粒度小、均勻的片狀結構的納米三硫化鎢，可作為鋰離子電池負極材料，具有較高的放電比容量和優異的循環性能。

一種納米三硫化鎢的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）向氨水中緩慢加入三氧化鎢，攪拌均勻，之后再向溶液中加入硫代乙酰胺，攪拌至完全溶解；

（2）將步驟（1）得到的混合液脫氣密封后，在160~200℃下反應20~30h，冷卻至室溫后，在40~60℃下真空干燥4~8h得到前驅體四硫代鎢酸銨；

（3）將步驟（2）得到的前驅體四硫代鎢酸銨在惰性氣氛保護下，升溫至200~250℃保溫1~4h，冷卻后得到納米三硫化鎢。

優選的，步驟（1）中氨水的質量分數為15~20%。

優選的，步驟（1）中三氧化鎢與氨水的固液比為20~30g/L。

優選的，步驟（1）中硫代乙酰胺與三氧化鎢的摩爾比為10:1~30:1。

優選的，步驟（3）中的升溫速率為5~8℃/min。

制得的納米三硫化鎢可作為鋰電池負極材料。

氨水濃度、硫代乙酰胺與三氧化鎢的摩爾比例、前驅體的退火處理溫度和保溫時間是影響三硫化鎢合成的主要因素，溫度過高會使三硫化鎢分解為二硫化鎢。同時，反應的升溫速率對材料的形貌會有一定影響。反應過程中要保持較高的硫鎢比例，防止因硫的損失造成反應的不完全，但硫的過量應在一定范圍內，不然會造成原料的浪費。

本發明的有益效果：

（1）本發明采用低溫合成工藝得到納米片狀結構的三硫化鎢材料，避免了高溫熱處理對設備的要求，工藝簡單、成本低、耗能低、環境污染小；制得的納米三硫化鎢負極材料具有粒度小、產率高、純度高、電化學性能優異等優點，為三硫化鎢的工業化生產和實際應用提供了可能；