[發明專利]一種褶皺多面體狀硫化鈷電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010616183.5
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111755695B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 黃劍鋒;何樞薇;李嘉胤;曹麗云;王芳敏
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M4/136;H01M4/1397;H01M4/66;H01M10/054
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發明一種褶皺多面體狀硫化鈷電極材料的制備方法，包括以下步驟，步驟1，將四水合乙酸鈷和硫脲溶于乙醇中，得到溶液A；溶液A中Co²⁺和S^2?的摩爾比為1:(0.5?0.7)；步驟2，將濃度為0.4mol/L?0.8mol/L的2?甲基咪唑加入到溶液A中，制成混合溶液；溶液A與2?甲基咪唑水溶液體積比為(6?8):(2?3)；步驟3，在混合溶液中加入碳布，并加熱進行反應；步驟4，反應結束后，將碳布取出清洗干燥后，得到褶皺多面體狀硫化鈷電極材料。通過使用碳布作為自支撐基體，在碳布表面生長硫化鈷，減少制作步驟，在制備過程中加入2?甲基咪唑水溶液，使多余的鈷源充分反應形成Co?MOF前驅體，硫化鈷生長在Co?MOF片表面，使Co?MOF片重組形成多面體結構，形成多面體狀結構。

技術領域

本發明涉及電化學領域，具體為一種褶皺多面體狀硫化鈷電極材料的制備方法。

背景技術

鉀離子電池在最近幾年受到了部分研究者的關注，主要由于鉀具有豐富的儲量與廣泛的來源，且具有與鋰、鈉相似的物理化學性質。K/K+的標準電極電位要更加接近于Li/Li+，使得鉀離子電池比鈉離子電池在輸出電壓方面和容量方面更加有優勢。但鉀離子的半徑相比鋰和鈉較大，因此鉀離子在大多數鋰離子電池的負極材料中無法實現可逆插層/脫嵌，導致材料的電化學性能較差。因此設計合適鉀離子的電極材料顯得尤為重要。

納米結構的金屬硫化物作為新型的能量儲存材料，有良好的電化學性能。有研究人員采用兩步水熱法合成了Co₉S₈納米管，即先用CoCl₂·6H₂O和CO(NH₂)₂進行水熱反應合成了前軀體Co(CO₃)0.35Cl0.20(OH)1.10納米棒，然后再讓前軀體與Na₂S溶劑水熱反應得到Co₉S₈納米管。合成的Co₉S₈納米管的直徑是在150-300nm左右，納米管長度在幾微米到十幾個微米之間。目前，硫化鈷系物質，特別是Co₉S₈極大程度上應用于光/電催化領域，但大部分的合成手段操作步驟十分復雜，且采用的原料不易獲取。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種褶皺多面體狀硫化鈷電極及其制備方法，操作簡單，結構特殊，易于制備，得到的電極材料具有優異的電化學性能。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種褶皺多面體狀硫化鈷電極材料的制備方法，包括以下步驟，

步驟1，將四水合乙酸鈷和硫脲溶于乙醇中，得到溶液A；溶液A中Co²⁺和S^2-的摩爾比為1:(0.5-0.7)；

步驟2，將濃度為0.4mol/L-0.8mol/L的2-甲基咪唑加入到溶液A中，制成混合溶液；溶液A與2-甲基咪唑水溶液體積比為(6-8):(2-3)；

步驟3，在混合溶液中加入碳布，并加熱進行反應；

步驟4，反應結束后，將碳布取出清洗干燥后，得到褶皺多面體狀硫化鈷電極材料。

優選的，所述溶液A和混合溶液在制備時進行攪拌，攪拌轉速均為700r/min-800r/min，攪拌時間均為20min-30min。

優選的，步驟3中，所述碳布加入混合溶液前進行預處理，先用丙酮進行超聲清洗2-4h，然后將碳布放置在濃硝酸中浸泡2-5h，再用去離子水和無水乙醇交替清洗后干燥。

優選的，所述步驟3中，將混合溶液和碳布加入到水熱反應釜中，再加熱進行反應；混合溶液和碳布放入水熱反應釜中的填充度為40-60％。