一种纳米三硫化钨的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开一种纳米三硫化钨的制备方法，向氨水中缓慢加入三氧化钨，搅拌均匀，再加入硫代乙酰胺，搅拌至完全溶解；将混合液脱气密封后，在160~200℃下反应20~30h，冷却至室温后，在40~60℃下真空干燥4~8h；再在氩气保护气氛下200~250℃保温1~4h，冷却后得到纳米三硫化钨。制得的纳米三硫化钨可作为锂电池负极材料。本发明专利技术在低温下合成三硫化钨，避免了高温下氧化钨杂相的出现，纯度高，且本方法的产率较高，环境污染更小，材料的结构和性能也较为突出。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米三硫化钨的制备方法及应用
本专利技术涉及一种纳米三硫化钨的制备方法及应用，属于锂离子电池

技术介绍
随着社会经济日益发展和人口的快速增长，能源与环境问题已经成为21世纪必须面对的两个严峻问题，开发清洁可再生新能源已经成为当今世界重大研究热点。化学电源，尤其是二次电源，作为一种可以实现化学能和电能相互转化的装置，是合理有效利用能源的关键器件，是目前解决能源问题的重要手段之一。在铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等众多系列电池中，锂离子二次电池以其高可逆容量、高电压、高循环性能和高能量密度等优越的性能成为当今世界上电池研发及应用的热点，被称为21世纪的主导化学电源，其应用领域不断扩大。但锂离子电池行业竞争非常激烈，寻找高容量、低成本的新型电极材料是进一步降低电池成本、增强竞争力的有力手段。纳米过渡金属硫化物（MSx，M=Mo、W、Cu、V）负极具有良好的的储锂性能，其容量远远高于商品锂离子电池中所用的石墨负极材料。其中WS3是常温下钨的较为稳定的硫化物，环境毒害小，价格低廉，理论比容量较高，是一种有发展潜力的锂离子电池负极材料，然而，由于WS3的电导率低，且在充放电过程中体积变化大，导致其倍率性能和循环稳定性差，影响了其实际运用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米三硫化钨的制备方法及应用，该方法工艺简单、成本低，环境污染小，得到的产物为粒度小、均匀的片状结构的纳米三硫化钨，可作为锂离子电池负极材料，具有较高的放电比容量和优异的循环性能。一种纳米三硫化钨的制备方法，具体包括以下步骤：（1）向氨水中缓慢加入三氧化钨，搅拌均匀，之后再向溶液中加入硫代乙酰胺，搅拌至完全溶解；（2）将步骤（1）得到的混合液脱气密封后，在160~200℃下反应20~30h，冷却至室温后，在40~60℃下真空干燥4~8h得到前驱体四硫代钨酸铵；（3）将步骤（2）得到的前驱体四硫代钨酸铵在惰性气氛保护下，升温至200~250℃保温1~4h，冷却后得到纳米三硫化钨。优选的，步骤（1）中氨水的质量分数为15~20%。优选的，步骤（1）中三氧化钨与氨水的固液比为20~30g/L。优选的，步骤（1）中硫代乙酰胺与三氧化钨的摩尔比为10:1~30:1。优选的，步骤（3）中的升温速率为5~8℃/min。制得的纳米三硫化钨可作为锂电池负极材料。氨水浓度、硫代乙酰胺与三氧化钨的摩尔比例、前驱体的退火处理温度和保温时间是影响三硫化钨合成的主要因素，温度过高会使三硫化钨分解为二硫化钨。同时，反应的升温速率对材料的形貌会有一定影响。反应过程中要保持较高的硫钨比例，防止因硫的损失造成反应的不完全，但硫的过量应在一定范围内，不然会造成原料的浪费。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术采用低温合成工艺得到纳米片状结构的三硫化钨材料，避免了高温热处理对设备的要求，工艺简单、成本低、耗能低、环境污染小；制得的纳米三硫化钨负极材料具有粒度小、产率高、纯度高、电化学性能优异等优点，为三硫化钨的工业化生产和实际应用提供了可能；（2）纳米三硫化钨用于制备锂离子电池负极，相对于传统石墨负极材料而言，电化学性能有所提高。在合成的过程中，形成了均匀的片状结构，进一步提高了材料的结构稳定性，使电池放电比容量增大，循环稳定性更加优异。附图说明图1为实施例1制得的纳米三硫化钨的SEM图；图2为实施例1制得的纳米三硫化钨的XRD图；图3为实施例1制得的前驱体四硫代钨酸铵的XRD图；图4为实施例1制得的纳米三硫化钨制备的锂离子电池的充放电曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1一种纳米三硫化钨的制备方法，包括以下步骤：（1）向40mL质量分数为18%的氨水中缓慢加入1g三氧化钨，使用磁力搅拌器搅拌分散均匀，之后再向溶液中加入6.48g硫代乙酰胺，使用磁力搅拌器搅拌至完全溶解；（2）将步骤（1）得到的混合液转移至反应釜中进行氩气脱气密封后，在180℃下反应24h，自然冷却至室温后，将反应后的溶液移至烧杯放入干燥箱，在50℃下真空干燥5h后得到前驱体粉末，XRD图如图3所示，与四硫代钨酸铵标准卡片对比可知前驱体为四硫代钨酸铵；（3）将步骤（2）得到的四硫代钨酸铵粉末放入气氛炉，在氩气气氛保护下，以5℃/min的速率升温至220℃保温2h，自然冷却后得到目标产物纳米三硫化钨，SEM图如图1所示，从图中可看出，制得的纳米三硫化钨具有较为均匀的片层状结构，且颗粒粒度平均为500nm，粒度较小；XRD图如图2所示，因前驱体为四硫代钨酸铵，进行低温热处理后得到三硫化钨，由图可知制备得到的材料为具有一定结晶度的三硫化钨。产率为99.7%，纯度为99.3%。电化学性能测试：①将制得的纳米三硫化钨粉末，和乙炔黑、聚偏氟乙烯（PVDF）按质量比为8:1:1称取置于玛瑙研钵中，滴加适量N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）研磨均匀；将其涂覆在Cu箔上，厚度为0.15mm，再置于真空干燥箱中90℃干燥24h，然后将极片取出，作为负极；②金属锂片作为负极和参比电极，聚丙烯微孔膜为隔膜，以1mol/LiPF6+EC/DMC/EMC为电解液，在充满氩气、水分含量低于2ppm的手套箱内，组装成CR2025不锈钢扣式电池；静置24h后测试其充放电性能。充放电曲线如图4所示，首次放电比容量为1003.5mAhg-1，经过30次放充放电循环，容量仍可以达到565.5mAhg-1。实施例2一种纳米三硫化钨的制备方法，包括以下步骤：（1）向50mL质量分数为15%的氨水中缓慢加入1g三氧化钨，使用磁力搅拌器搅拌分散均匀，之后再向溶液中加入3.24g硫代乙酰胺，使用磁力搅拌器搅拌至完全溶解；（2）将步骤（1）得到的混合液转移至反应釜中进行氩气脱气密封后，在160℃下反应20h，自然冷却至室温后，将反应后的溶液移至烧杯放入干燥箱，在40℃下真空干燥4h后得到前驱体四硫代钨酸铵粉末；（3）将步骤（2）得到的四硫代钨酸铵粉末放入气氛炉，在氩气气氛保护下，以6℃/min的速率升温至200℃保温1h，自然冷却后得到目标产物纳米三硫化钨。产率为99.5%，纯度为98.8%。电化学性能测试：将制得的纳米三硫化钨粉末，按照实施例1的方法测试其充放电性能，最大放电比容量为900.6mAhg-1。实施例3一种纳米三硫化钨的制备方法，包括以下步骤：（1）向40mL质量分数为20%的氨水中缓慢加入1g三氧化钨，使用磁力搅拌器搅拌分散均匀，之后再向溶液中加入9.72g硫代乙酰胺，使用磁力搅拌器搅拌至完全溶解；（2）将步骤（1）得到的混合液转移至反应釜中进行氩气脱气密封后，在200℃下反应25h，自然冷却至室温后，将反应后的溶液移至烧杯放入干燥箱，在50℃下真空干燥5h后得到前驱体四硫代钨酸铵粉末；（3）将步骤（2）得到的四硫代钨酸铵粉末放入气氛炉，在氩气气氛保护下，以7℃/min的速率升温至250℃保温1h，自然冷却后得到目标产物纳米三硫化钨。产率为99.7%，纯度为99.2%。电化学性能测试：将制得的纳米三硫化钨粉末，按照实施例1的方法测试其充放电性能，最大放电比容量为995.7mAhg-1。实施例4一种纳米三硫化钨的制备方法，包括以下步骤：（1）向33mL质量分数为20%的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米三硫化钨的制备方法，包括以下步骤：（1）向氨水中缓慢加入三氧化钨，搅拌均匀，再加入硫代乙酰胺，搅拌至完全溶解；（2）将步骤（1）得到的混合液脱气密封后，在160~200℃下反应20~30h，冷却至室温后，在40~60℃下真空干燥4~8h得到前驱体四硫代钨酸铵；（3）将步骤（2）得到的前驱体四硫代钨酸铵在惰性气氛保护下，升温至200~250℃保温1~4h，冷却后得到纳米三硫化钨。

【技术特征摘要】
1.一种纳米三硫化钨的制备方法，包括以下步骤：（1）向氨水中缓慢加入三氧化钨，搅拌均匀，再加入硫代乙酰胺，搅拌至完全溶解；（2）将步骤（1）得到的混合液脱气密封后，在160~200℃下反应20~30h，冷却至室温后，在40~60℃下真空干燥4~8h得到前驱体四硫代钨酸铵；（3）将步骤（2）得到的前驱体四硫代钨酸铵在惰性气氛保护下，升温至200~250℃保温1~4h，冷却后得到纳米三硫化钨。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正富，范苏晓，徐嘉辉，任艳坤，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53