[發明專利]一種五硫化九銅/氧化鐵復合電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202111128516.0
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113764196B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 雷曉東;雒佳欣
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/30;H01G11/46;H01G11/86;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京恒和頓知識產權代理有限公司 11014
• 代理人: 李宇嘉

本發明提供了一種五硫化九銅/氧化鐵復合電極材料及其制備方法，本發明通過對比硫化銅和硫化鐵的溶度積常數K_sp的顯著區別，即銅離子和亞鐵離子共存的情況下優先形成硫化銅，在專門配制的醋酸銅、醋酸亞鐵和硫脲、乙二醇和水的混合反應溶液中，通過控制反應的條件，一步得到五硫化九銅和三氧化二鐵的復合物。其化學式表示為Cu₉S₅/Fe₂O₃，其結構為30?70nm左右的微球形。該材料比表面積大，在14.03?14.62m²g^?1，因此有利于電解質與電化學活性組分充分接觸具有優良的超電容性能，涂覆在集流體上可以作為超級電容器電極材料。有望在超級電容器乃至其它儲能器件的電極材料中具有廣泛的應用價值。

技術領域：

本發明涉及一種金屬硫化物/金屬氧化物復合電極材料及其制備方法，具體涉及五硫化九銅/氧化鐵復合電極材料及其制備方法。

背景技術：

在過去的很長一段時間中，為了滿足人口快速增長和全球變暖所帶來的能量需求，大力發展可持續能源和強大的能量存儲器件越來越多地受到人們的廣泛關注。在能量存儲器件中，由于具有高能量密度，快速充放電速度以及較好的循環穩定性，使得超級電容器在補償甚至替代電池這一方面的前景越來越明顯。為了獲得理想的能量密度，根據E＝1/2CV²，我們需要考慮到兩個方面：電容(C)和電壓窗口(V)。因此，構造具有高電容和寬電壓窗口的電極材料至關重要。在最近十年的研究中，我們發現性能優秀的正極材料已經有了很多的研究，但是相比而言，負極材料嚴重受限于很低的電容，難以和正極匹配?；谶@樣的缺點，我們希望能夠制造出一種性能良好的負極材料來解決這一致命缺點。

基于儲能機理，可以將超級電容器分為兩種類型，一是電化學雙電層機理，另一種是贗電容機理。傳統的電化學雙電層機理通過表面離子吸附/脫附儲能，而贗電容是通過在電極表面發生氧化還原反應進行儲能的，因此通過贗電容機理儲能可以儲存更多的電荷。一般而言，贗電容材料包括過渡金屬氧化物、過渡金屬氫氧化物、過渡金屬硫化物以及導電聚合物，例如Fe₂O₃，Co₃O₄，NiMn LDH，PANI，Cu₉S₅等。

在這些過渡金屬氧化物材料中，因為Fe₂O₃成本低、晶體結構穩定、存在多種用于可逆氧化還原反應的氧化態，并且理論容量高等優點，儲量豐富的Fe₂O₃被認為是一種最有前景的電極材料之一。但是Fe₂O₃導電性差導致反應緩慢極大的限制了其在儲能領域中的應用。經過研究人員的不懈努力，通過設計新穎的Fe₂O₃電極材料可以在一定程度上解決這個問題，包括構造特殊納米結構的Fe₂O₃以及Fe₂O₃復合材料。在這些方法中，構造Fe₂O₃基的復合電極材料是一種可以大幅度提升Fe₂O₃導電性和容量的方法。

文獻Electrochimica Acta,2021,381,138245，通過兩步反應構造出海膽狀的Fe₂O₃/Mxene超級電容器負極材料，但是所獲得的比電容不高，在1A/g時只有486.3F/g，這就限制了這一材料的應用。

文獻ACS Appl.Mater.Interfaces,2015,7(49),27518-25，成功的構造了Fe₃O₄@Fe₂O₃核殼納米棒陣列，并取得了1206F/cm²的大電容值，但是其經過了兩步復雜的結構化過程，最終材料的導電性卻不高。