一种CoS/Co制造技术

本发明专利技术属于电池电极材料领域，公开了一种CoS/Co

【技术实现步骤摘要】
一种CoS/Co9S8@C核壳结构纳米复合钠离子电池负极材料的制备方法
本专利技术属于电池电极材料领域，涉及一种CoS/Co9S8@C核壳结构纳米复合钠离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
随着科技的快速发展，化石能源已不能满足人们对于更绿色，更安全的新能源的要求，其中锂离子电池自19世纪80年代一直处于研究热点并成功大规模商用。随着纯电动汽车和混合动力汽车的普及，大幅度提高了对锂的需求，而锂矿在地壳中的含量只有约0.0065％，很明显这并不能充分满足人们未来对锂的要求，而钠，和锂有着相似的物理化学性质，同时资源丰富，价格低廉，绿色安全，这些优势将极大地促使钠离子电池在未来大规模应用成为可能。在众多钠离子电池负极材料中，金属硫化物以其易于控制形貌和较高的理论容量成为最有潜质的负极材料。其中，CoS和Co9S8以较高的理论容量(分别为589mAh·g-1和544mAh·g-1)，高热力学稳定性和成本低廉等优点而被备受关注。然而，硫化钴导电性差，且其在充放电时发生转换反应容易引起体积膨胀，造成材料的结构坍塌致使材料粉化而失去电化学活性。专利技术专利CN110010875公开了一种薄层硫化钴复合碳布柔性电极材料的制备方法，通过水热将硫化钴材料与碳布复合，虽然提高了材料的导电性，但是薄层硫化钴纳米材料生长在碳布表面，其在充放电时不可避免会发生体积膨胀而造成电化学性能不稳定。因此，为了解决上述问题，提高硫化钴作为钠离子电池负极材的循环稳定性和倍率性能，将碳包覆硫化钴材料，增加其导电性的同时也能提高其电化学性能。
技术实现思路
为了提高硫化钴在充放电时的循环稳定性，以使得具有高理论容量的硫化钴材料可以有效长久的应用于钠离子电池中，本专利技术提出了一种CoS/Co9S8@C核壳结构纳米复合钠离子电池负极材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)制备Co-N/C前驱体：首先分别将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑溶解于同体积的甲醇溶液中得到紫色溶液A和透明无色溶液B，将A，B两种溶液混合搅拌一定时间，静置一晚，通过减压过滤，得到紫色固体ZIF-67，将其放在60℃鼓风干燥箱干燥12h，将干燥的ZIF-67经管式炉在氩气气氛下煅烧得到Co-N/C前驱体。(2)水热工序：按比例将Co-N/C前驱体和硫源加入水中搅拌溶解，接着把混合溶液转移到反应釜在高温高压下进行反应，经离心分离，干燥，得到硫化钴；(3)包碳工序：硫化钴溶解于Tris-HCl缓冲溶液中，再加入多巴胺，避光搅拌，先后用去离子水和无水乙醇离心清洗，烘干，在氩气气氛下煅烧，最终得到CoS/Co9S8@C核壳结构纳米复合钠离子电池负极材料。步骤(1)中，六水合硝酸钴的甲醇溶液的浓度为0.2-0.5mol·L-1，2-甲基咪唑的甲醇溶液浓度为0.6-1.5mol·L-1，混合溶液的搅拌时间为0.5-1h；ZIF-67的煅烧温度为500-700℃，升温速率为5-10℃·min-1。步骤(2)中，Co-N/C前驱体和硫源的质量比为1：2，硫源为硫代乙酰胺、硫脲、硫化钠、硫代硫酸钠中的其中一种。步骤(2)中，反应温度为180℃，反应时间为3-12h；干燥温度为60℃，干燥时间为12h。步骤(3)中，Tris-HCl缓冲溶液的pH＝8.5。步骤(3)中，硫化钴和多巴胺的质量比为1:1～6，Tris-HCl缓冲溶液中多巴胺的浓度为0.1-0.6mg·mL-1，避光搅拌时间为18-30h，煅烧温度为600-700℃，保温1h，升温速率为5-10℃·min-1。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术利用简单的水热方法和搅拌合成了CoS/Co9S8@C纳米材料。利用含氮碳包覆增强了材料的导电性，同时形成核壳结构，使材料在充放电时有效抑制体积膨胀所带来的材料结构崩塌，最终导致电极材料失活的可能性。2)本专利技术使用的原材料环境友好，简单易得，操作步骤简便，制备成本低廉，适应性广泛。附图说明图1为本专利技术实施例1中制备的CoS/Co9S8@C核壳结构纳米材料的X射线衍射图；图2为本专利技术实施例2中制备的CoS/Co9S8@C核壳结构纳米材料的扫描电子显微镜图；图3为本专利技术实施例3中制备的CoS/Co9S8@C核壳结构纳米材料作为钠离子负极材料的充放电循环图；图4为本专利技术的实施例3中制备的CoS/Co9S8@C核壳结构纳米材料的充放电曲线图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细阐述，令技术人员能借以实施，但本专利技术的保护范围不限于此。实施例11)Co-N/C前驱体合成工序：首先分别将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑溶解于20ml的甲醇溶液中得到紫色溶液A和透明无色溶液B，将A，B两种溶液混合搅拌30min，静置一晚，通过减压抽滤得到紫色固体，将其放在60℃鼓风干燥箱干燥12h，将干燥的ZIF-67在氩气气氛下以5℃·min-1的升温速率在500℃保持1h，得到Co-N/C前驱体。2)水热工序：将Co-N/C前驱体和硫代乙酰胺以质量比为1：2加入30ml水中搅拌溶解，接着把混合溶液转移到反应釜在180℃下反应3h，经离心分离，在60℃鼓风干燥箱干燥12h得到硫化钴。3)包碳工序：硫化钴溶解于pH＝8.5的200mlTris-HCl缓冲溶液中，加入0.02g多巴胺，避光搅拌24h，先后用去离子水和无水乙醇离心清洗，烘干，以5℃·min-1的升温速率在氩气气氛下升温到600℃并保持1h，最终得到CoS/Co9S8@C材料。图1是所制备的材料的X射线衍射图(XRD)，从图中可以看出在30°和52°有明显的特征衍射峰，它们分别对应CoS和Co9S8的(311)，(440)晶面，且CoS和Co9S8的谱图中没有其他杂峰，证明我们合成了CoS/Co9S8@C纳米材料。所得到的CoS/Co9S8@C核壳结构纳米复合材料组装成CR2032扣式电池进行电化学性能测试。将制备的CoS/Co9S8@C核壳结构纳米复合材料、导电炭黑、粘结剂聚偏氟乙烯按质量比80：10：10的比例分散于N-甲基吡咯烷酮溶液中，在玛瑙研钵中研磨均匀后涂布在1х2cm2的铜箔基底上，将电极片置于80℃真空干燥箱中干燥12h。在充满氩气气氛的手套箱(水氧含量均小于0.1ppm)中组装成CR2032扣式电池，其中金属钠作为对电极，隔膜使用的是Whatman(GF/D)玻璃纤维隔膜，电解液使用的是1mol·L-1NaClO4/碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯(1：1)：10％氟代碳酸乙烯酯，在充满氩气气氛的手套箱中组装(水氧含量均小于0.1ppm)成CR2032扣式电池。将所组装的电池用蓝电电池测试系统进行充放电性能测试，用Gmary电化学工作站进行循环伏安测试和阻抗测试。实施例21)Co-N/C前驱体合成工序：首先分别将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑溶解于20ml的甲醇溶液中得到紫色溶液A和透明无色溶液B，将A，B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CoS/Co

【技术特征摘要】
1.一种CoS/Co9S8@C核壳结构纳米复合钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备Co-N/C前驱体，备用；
(2)水热工序：按比例将Co-N/C前驱体和硫源加入水中搅拌溶解，接着把混合溶液转移到反应釜在高温高压下进行反应，经离心分离，干燥，得到硫化钴；
(3)包碳工序：硫化钴溶解于Tris-HCl缓冲溶液中，再加入多巴胺，避光搅拌，先后用去离子水和无水乙醇离心清洗，烘干，在氩气气氛下煅烧，最终得到CoS/Co9S8@C核壳结构纳米复合钠离子电池负极材料。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述Co-N/C的合成步骤为：首先分别将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑溶解于同体积的甲醇溶液中得到紫色溶液A和透明无色溶液B，将A，B两种溶液混合搅拌一定时间，静置一晚，通过减压过滤，得到紫色固体ZIF-67，将其放在60℃鼓风干燥箱干燥12h，将干燥的ZIF-67经管式炉煅烧得到Co-N/C前驱体。


3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，六水合硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱静霞，余功勋，祁莹，丁华瑞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32