自模板法合成的CoIn制造技术

本发明专利技术公开了一种自模板法合成的CoIn

【技术实现步骤摘要】
自模板法合成的CoIn2S4@CPAN微球复合材料及其方法
本专利技术属于锂离子电池
，特别是涉及合成一种核壳结构的CoIn2S4@CPAN（碳化聚丙烯腈）微球的方法。
技术介绍
在锂离子电池的材料组件中，负极材料的性能优劣极大地影响着整个电池的性能。使用比较普遍的石墨负极由于其优异的导电性能和循环稳定性已经大规模商业化，但其容量（372毫安时/克）太低以至于不能运用于电动/插电式混合动力车等大功率设备。因此，对高能量密度和高功率密度的电池材料的迫切需求需要更高性能的材料。作为无机材料家族中的重要成员，过渡金属硫化物因其特殊的电学、光学、催化以及机械性能等，得到了人们广泛的关注和研究。特别是在储能领域，过度金属硫化物已被用作超级电容器和锂离子电池的电极材料。与氧化物相比，硫化物具有更好的导电性能，有利于锂离子在充放电过程中的传输。然而，它们依然存在着体积膨胀大以致在循环过程中结构不稳定的缺点。因此，为了发挥硫化物类锂离子电池负极材料的优势，有必要在它们的基础上进行改性以获得更好的电化学性能。比较常见的做法是将金属硫化物与碳材料复合，这样在增加它的导电性能的同时，碳材料特殊的骨架结构还能够有效地缓冲双过渡金属硫化物电极材料在电化学过程中的体积效应，从而获得具有较好循环性能和倍率性能的硫化物类锂离子电池电极材料。在各种制备方法中，选择性蚀刻法或溶解模板法已被普遍接受用于生产核壳结构粉体。然而，多步法的合成过程和去除模板过程中空心壳体的局部坍塌问题限制了该方法的应用。因此，迫切需要开发一种简便而有效的方法来合成核壳结构的纳米材料。但是，容量的快速下降和倍率性能的差极大地限制了核壳结构粉体的应用。因此，许多方法被提出来提高电化学，通过包覆碳质材料、改变微纳米结构、或增加核壳结构粉体的层间距离等方法，是提高其电化学性能最有效、最直接的策略之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种自模板法合成核壳结构的CoIn2S4@CPAN微球复合材料的方法。实现本专利技术目的的技术方案是：一种CoIn2S4@CPAN微球复合材料，该复合材料由大量高度均匀的微球组成，微球中，CoIn2S4具有核壳结构，碳化聚丙烯腈（CPAN）包覆在CoIn2S4外表面，形成微球结构。较佳的，CoIn2S4呈核壳结构，核直径为250nm，壳厚度为125nm，微球直径为250+125*2=500nm。上述CoIn2S4@CPAN微球的合成方法，以Co(NO3)2·6H2O和InCl3·4H2O为原料,1,2,3-丙三醇溶液和异丙醇为溶剂，水热釜中180摄氏度下反应24小时，得到Co-In甘油酸酯前体，以该前体和硫代乙酰胺（TAA）为原料，水为溶剂，水热釜中80摄氏度下反应12小时，得到核壳结构的CoIn2S4，与聚丙烯腈在N2氛围下600摄氏度煅烧5小时获得CoIn2S4@CPAN微球复合材料。较佳的，Co(NO3)2·6H2O和InCl3·4H2O的摩尔比为1：1。较佳的，Co-In甘油酸酯与硫代乙酰胺的质量比为1：2。较佳的，CoIn2S4与聚丙烯腈的质量比7：3。本专利技术还提供了上述CoIn2S4@CPAN微球复合材料作为锂离子电池负极材料的用途。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包含上述CoIn2S4@CPAN微球复合材料制成的负极，所述负极具体过程如下：以CoIn2S4@CPAN复合物作为活性材料，炭黑作为导电剂，PVDF作为粘结剂，三种物质的比例为7:2:1，磁力搅拌8小时，利用涂布机将浆料均匀涂布在铜箔上，80摄氏度保温8小时，干燥后切成CoIn2S4@CPAN电极片，然后120摄氏度真空干燥12小时，在手套箱中作为负极组装电池。本专利技术与现有技术相比具有以下显著特点：（1）设计合成得到核壳结构的CoIn2S4@CPAN。（2）本专利技术将CoIn2S4@CPAN作为锂离子电池负极活性材料组装电池，并测试它的电化学性能。目前，还未见研究CoIn2S4用作锂离子电池负极材料的研究。（3）本专利技术所使用的材料环境友好，不会造成对环境的污染问题，易于在工业上推广应用。附图说明图1为本专利技术实施例产物核壳结构的CoIn2S4@CPAN和现有技术普通CoIn2S4粉末、核壳结构的CoIn2S4、核壳结构的CoIn2S4@C的X射线衍射对比图。图2为实施例中Co-In甘油酸酯前体硫化后得到的核壳结构CoIn2S4的(a)扫描电镜和(b)透射电镜图。图3为CoIn2S4@CPAN作锂离子电池负极材料的充放电数据，其中，a为不同样品在0.1安/克电流密度下的循环充放电数据，b为是不同样品在0.1安/克至10安/克下的倍率性能图。具体实施方式为了使本专利技术更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行详细说明。结合当前过渡金属硫化物的研究现状，我们选取了从未被用作锂离子电池负极材料的CoIn2S4为对象，并通过自模板法合成了核壳结构的CoIn2S4@CPAN微球复合材料。随后将该材料用作锂离子电池负极材料。电化学装置的性能高度依赖于具有适当结构的电极材料的精细设计。该方法能够合成具备核壳结构的双过渡金属硫化物，同时与碳材料复合来增加它的导电性能；此外，碳材料特殊的骨架结构还能够有效地缓冲双过渡金属硫化物电极材料在电化学过程中的体积效应，从而提高其稳定性。实施例将291毫克Co(NO3)2·6H2O、294毫克InCl3·4H2O和150毫克硫代乙酰胺（TAA）溶于50毫升水中，充分搅拌后转移至100毫升水热釜中，并在80度的烘箱内反应2小时，待冷却至接近室温时，对水热釜内的产物进行离心洗涤操作，干燥后即可得到普通CoIn2S4粉末。分别称量1毫摩尔的Co(NO3)2·6H2O与1毫摩尔的InCl3·4H2O，随后将其溶解在经过长时间混合的7.5毫升的1,2,3-丙三醇溶液和52.5毫升的异丙醇溶液中，充分搅拌后转移至100毫升水热釜并在180度下反应24小时，得到Co-In甘油酸酯前体，随后称取150毫克的Co-In甘油酸酯前体样品和300毫克的TAA，溶于60毫升水中在80度下反应12小时，得到核壳结构的CoIn2S4。将上述制备的核壳结构的CoIn2S4，在N2氛围内，在600度的高温下煅烧5小时（升温速率维持在5度/分钟），获得核壳结构的核壳结构的CoIn2S4@C。将上述制备的核壳结构CoIn2S4和聚丙烯腈按照7:3的质量比准确称量，研磨均匀后转移至管式炉中，在N2氛围内，在600度的高温下煅烧5小时（升温速率维持在5度/分钟），获得核壳结构的CoIn2S4@CPAN复合物。图1是为本专利技术实施例产物核壳结构的CoIn2S4@CPAN复合物和普通CoIn2S4粉末，核壳结构的CoIn2S4，核壳结构的CoIn2S4@C的X射线衍射对比图。根据图中清晰的衍射峰，所有样品观察到的衍射峰都与立方尖晶石相的CoIn2S4（ICSD＃36448）的标准卡片一致。粉末X本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CoIn

【技术特征摘要】
1.一种CoIn2S4@CPAN微球复合材料，其特征在于，该复合材料由大量均匀的微球组成，微球中，CoIn2S4具有核壳结构，碳化聚丙烯腈包覆在CoIn2S4外表面，形成微球结构。


2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，CoIn2S4呈核壳结构，核直径为250nm，壳厚度为125nm。


3.如权利要求1或2所述的复合材料的合成方法，其特征在于，以Co(NO3)2·6H2O和InCl3·4H2O为原料,1,2,3-丙三醇溶液和异丙醇为溶剂，180摄氏度下水热反应24小时，得到Co-In甘油酸酯前体，以该前体和硫代乙酰胺为原料，水为溶剂，80摄氏度下水热反应12小时，得到核壳结构的CoIn2S4，与聚丙烯腈在N2氛围下600摄氏度煅烧5小时获得所述的复合材料。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭胜平，许倩婷，王梦寒，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32