一种碗状结构的金属硫化物/碳复合电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于储能材料技术领域，尤其涉及一种碗状结构的金属硫化物/碳复合电极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种金属硫化物/碳复合电极材料，所述金属硫化物/碳复合电极材料为碗状结构；所述金属硫化物/碳复合电极材料包括碳和掺杂于所述碳内的金属硫化物。本发明专利技术金属硫化物/碳复合电极材料为碗状结构，比表面积大，采用金属硫化物与碳材料复合，金属硫化物能够增加碳材料的比容量和功率密度，碳材料能够提高金属硫化物的导电性和循环稳定性，实验结果表明，本发明专利技术金属硫化物/碳复合电极材料比容量高，具有良好的稳定性和倍率性能。

A bowl shaped metal sulfide / carbon composite electrode material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种碗状结构的金属硫化物/碳复合电极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于储能材料
，尤其涉及一种碗状结构的金属硫化物/碳复合电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
当前，能源危机的出现推动了储能技术的快速发展，开发利用新能源迫在眉睫，风能、太阳能等受到广泛研究，但其受天气、气候、地理位置等因素的限制，具有间歇性，在实际应用中具有一定的局限性。超级电容器由于其具有快速充放电、循环寿命长和优异的功率密度等性能，被认为是能量存储设备的理想选择。其中，超级电容器和电化学存储装置的总体性能主要取决于最重要的组分，即电极材料。电极材料的结构设计以及材料本身的性能是决定电极材料好坏的关键。因此，寻求导电性好、比容量高的电极材料一直是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种碗状结构的金属硫化物/碳复合电极材料及其制备方法和应用，本专利技术金属硫化物/碳复合电极材料为碗状结构，比表面积大，具有良好的导电性和优异的电化学性能。本专利技术的具体技术方案如下：一种金属硫化物/碳复合电极材料，所述金属硫化物/碳复合电极材料为碗状结构；所述金属硫化物/碳复合电极材料包括碳和掺杂于所述碳内的金属硫化物。优选的，所述金属硫化物中的金属为过渡金属；过渡金属选自钴、镍、锰、锡和钼中的一种或多种。优选的，所述金属硫化物和所述碳的质量比为1：(4～10)。优选的，所述碗状结构的碗口直径为170nm～200nm。本专利技术还提供了一种金属硫化物/碳复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：a)将微球、金属盐和有机树脂加入溶剂中，搅拌超声，得到第一产物；b)将所述第一产物干燥，再在惰性气氛和/或氮气气氛下进行碳化，得到第二产物；c)将所述第二产物进行刻蚀处理，干燥得到第三产物；d)将所述第三产物和升华硫在惰性气氛和/或氮气气氛下进行硫化反应，得到碗状结构的金属硫化物/碳复合电极材料。优选的，所述微球为SiO2微球或聚苯乙烯微球；所述金属盐选自钴盐、镍盐、锰盐、锡盐和钼盐中的一种或多种；所述有机树脂选自PVDF、PAA和PVA中的一种或多种。优选的，所述微球为SiO2微球，所述金属盐为乙酸钴，所述有机树脂为PVDF；所述微球、所述金属盐和所述有机树脂的质量比为1：(1～3)：(1～3)。优选的，步骤b)所述碳化的升温速率为2～10℃/min；所述碳化的保温温度为500℃～800℃；所述碳化的保温时间为2h～3h。优选的，步骤d)所述第三产物和所述升华硫的质量比为1：(10～40)；所述硫化反应的升温速率为2～5℃/min；所述硫化反应的保温温度为300℃～500℃；所述硫化反应的保温时间为3h～6h。本专利技术还提供了上述技术方案所述金属硫化物/碳复合电极材料和/或上述技术方案所述制备方法制得的金属硫化物/碳复合电极材料在储能领域中的应用。综上所述，本专利技术提供了一种金属硫化物/碳复合电极材料，所述金属硫化物/碳复合电极材料为碗状结构；所述金属硫化物/碳复合电极材料包括碳和掺杂于所述碳内的金属硫化物。本专利技术金属硫化物/碳复合电极材料为碗状结构，比表面积大，采用金属硫化物与碳材料复合，金属硫化物能够增加碳材料的比容量和功率密度，碳材料能够提高金属硫化物的导电性和循环稳定性，实验结果表明，本专利技术金属硫化物/碳复合电极材料比容量高，具有良好的稳定性和倍率性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例1中SiO2微球的扫描电子显微镜(SEM)图；图2为本专利技术实施例1中碳化后制备得到的氧化钴/碳包覆SiO2微球的SEM图；图3为本专利技术实施例1中制备得到的二硫化钴/碳复合电极材料的SEM图；图4为本专利技术实施例2中制备得到的二硫化钴/碳复合电极材料的SEM图；图5为本专利技术实施例5中制备得到的二硫化钴/碳复合电极材料的SEM图；图6为本专利技术实施例1和实施例2制备得到的二硫化钴/碳复合电极材料的XRD图谱；图7为本专利技术实施例1中制备得到的二硫化钴/碳复合电极材料的循环伏安曲线图；图8为本专利技术实施例1中制备得到的二硫化钴/碳复合电极材料的恒流充放电曲线图。具体实施方式本专利技术提供了一种碗状结构的金属硫化物/碳复合电极材料及其制备方法和应用，本专利技术金属硫化物/碳复合电极材料为碗状结构，比表面积大，具有良好的导电性和优异的电化学性能。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种金属硫化物/碳复合电极材料，金属硫化物/碳复合电极材料为碗状结构；金属硫化物/碳复合电极材料包括碳和掺杂于碳内的金属硫化物。本专利技术实施例中，金属硫化物/碳复合电极材料为碗状结构，比表面积大，采用金属硫化物与碳材料复合，金属硫化物能够增加碳材料的比容量和功率密度，碳材料能够提高金属硫化物的导电性和循环稳定性，实验结果表明，本专利技术金属硫化物/碳复合电极材料比容量高，具有良好的稳定性和倍率性能。本专利技术实施例中，金属硫化物中的金属为过渡金属；过渡金属选自钴、镍、锰、锡和钼中的一种或多种。本专利技术实施例中，金属硫化物和碳的质量比为1：(4～10)；本专利技术实施例中，碗状结构的碗口直径为170nm～200nm。本专利技术还提供了一种金属硫化物/碳复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：a)将微球、金属盐和有机树脂加入溶剂中，搅拌超声，得到第一产物；b)将第一产物干燥，再在惰性气氛和/或氮气气氛下进行碳化，得到第二产物；c)将第二产物进行刻蚀处理，干燥得到第三产物；d)将第三产物和升华硫在惰性气氛和/或氮气气氛下进行硫化反应，得到碗状结构的金属硫化物/碳复合电极材料。本专利技术实施例中，步骤a)可将金属盐溶解于溶剂中，再加入微球和有机树脂，搅拌超声，搅拌时间优选为0.5h～1h，更优选为1h，超声时间优选为1h～2h，更优选为1h，通过搅拌超声将金属盐和有机树脂均匀包覆于微球表面，得到第一产物。溶剂选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、水、二甲基亚砜和二甲基甲酰胺中的一种或多种，优选为N-甲基吡咯烷酮和水。步骤b)碳化可在管式炉中进行。步骤c)优选在80℃下干燥12h。步骤d)硫化反应可在管式炉中进行。本专利技术实施例中，微球为SiO2微球或聚苯乙烯微球；金属盐选自钴盐、镍盐、锰盐、锡盐和钼盐中的一种或多种，优选为钴盐，钴盐为乙酸钴和/或氯化钴，更优选为乙酸钴；有机树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属硫化物/碳复合电极材料，其特征在于，所述金属硫化物/碳复合电极材料为碗状结构；/n所述金属硫化物/碳复合电极材料包括碳和掺杂于所述碳内的金属硫化物。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属硫化物/碳复合电极材料，其特征在于，所述金属硫化物/碳复合电极材料为碗状结构；
所述金属硫化物/碳复合电极材料包括碳和掺杂于所述碳内的金属硫化物。


2.根据权利要求1所述的硫化物/碳复合电极材料，其特征在于，所述金属硫化物中的金属为过渡金属；
所述过渡金属选自钴、镍、锰、锡和钼中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的硫化物/碳复合电极材料，其特征在于，所述金属硫化物和所述碳的质量比为1：(4～10)。


4.根据权利要求1所述的硫化物/碳复合电极材料，其特征在于，所述碗状结构的碗口直径为170nm～200nm。


5.一种金属硫化物/碳复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将微球、金属盐和有机树脂加入溶剂中，搅拌超声，得到第一产物；
b)将所述第一产物干燥，再在惰性气氛和/或氮气气氛下进行碳化，得到第二产物；
c)将所述第二产物进行刻蚀处理，干燥得到第三产物；
d)将所述第三产物和升华硫在惰性气氛和/或氮气气氛下进行硫化反应，得到碗状结构的金属硫化物/碳复合电极材料。


6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵悦，张海燕，李宽，程奥，林迎曦，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44