一种低温合成高比容量NiS2粉体的方法技术

本发明专利技术提供一种低温合成高比容量NiS2粉体的方法。制备方法包括以下步骤：(1)将镍粉和升华硫粉在砂磨机中混合均匀，其中镍粉和升华硫粉质量比为1:1.1～1:2.5，砂磨后将砂磨料干燥；(2)将干燥后的砂磨料粉碎过筛后冷压成型，冷压时砂磨料所受压力为1MPa～125MPa；(3)在惰性气体的保护下，对冷压成型后的砂磨料进行煅烧；其中煅烧温度280～450℃；煅烧后降温，得到二硫化镍材料。该合成方法成本低廉，可规模化生产，而且获得的电极材料性能优异。而且获得的电极材料性能优异。而且获得的电极材料性能优异。

【技术实现步骤摘要】
107799769 A提供一种纳米二硫化镍材料及其制备方法和应用，其优势是该制备方法可获得性能优异电极材料，但是球磨的效率低下，只能小批量生产NiS2，无法满足NiS2的工业化要求；专利CN 111129490 A公开了一种单相NiS2粉体的规模化制备方法，所获得的NiS2粉体纯度高、电导率高、粒径均匀，但是煅烧温度较高，且需要多次筛选后补硫重新合成。
[0006]专利CN 107799769 A涉及到了“(1)将镍粉与升华硫粉在球磨机中机械球磨混合，其中镍粉与升华硫粉的质量比为1:1.2～1:2，球磨后将球磨料干燥；(2)在惰性气体的保护下，对干燥后的球磨料进行煅烧；其中煅烧温度350～500℃，煅烧时间为0.5～4h；煅烧后降温，得到纳米二硫化镍材料。”该技术所得NiS2的比容量高达764mAh.g
‑1。
[0007]随着NiS2应用在各领域的成熟，迫切地需要一种绿色、环保、高效的方法制备比容量更高的NiS2。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对上述问题，开发了一种低温合成高比容量NiS2粉体的方法。
[0009]本专利技术经优化后所得高比容量NiS2粉体的达到NiS2理论比容量(870mAh g
‑1)的91％以上。
[0010]一种低温合成高比容量NiS2粉体的方法；所得高比容量NiS2粉体的比容量大于800mAh g
‑1。经优化后，所得高比容量NiS2粉体的比容量高达808～825mAhg
‑1。
[0011]本专利技术一种低温合成高比容量NiS2粉体的方法，包括以下步骤：
[0012](1)将镍粉和升华硫粉在砂磨机中湿式砂磨混合，其中镍粉和升华硫粉质量比为1:1.1～1:2.5，砂磨后将砂磨料干燥；湿式砂磨混合时，控制砂磨机的转速为500～2800r/min、优选为1000～2800r/min，砂磨时间为20～300min、优选为30～120min；
[0013](2)将干燥后的砂磨料粉碎过筛后用模具冷压成型，冷压时砂磨料所受压力为1MPa～125MPa、优选为10
‑
90MPa；砂磨料预压增加了镍粉和升华硫粉的接触，有助于降低煅烧温度和时间。
[0014](3)在惰性气体的保护下，对冷压成型后的砂磨料进行煅烧；其中煅烧温度280～450℃、优选为300～420℃、进一步优选为300～350℃、更进一步优选为300～320℃；煅烧后降温，得到二硫化镍材料；二硫化镍材料经破碎后，得到高比容量NiS2粉体。
[0015]优选地步骤(1)中，镍粉可为羰基镍粉、电解镍粉、雾化镍粉、球形镍粉中任意一种或者多种混合。
[0016]优选地步骤(1)中，湿式砂磨混合时，所用介质选自水、乙醇、丙酮、正丁醇中的至少一种。
[0017]优选地，步骤(1)中，砂磨时的固含量为2％～30％。
[0018]优选地，步骤(1)中，砂磨后将砂磨料静置沉淀4～40小时，再置于50～150℃下干燥。
[0019]优选地，步骤(3)中，从开始升温到开始降温间的煅烧时间为3～30h、进一步优选为5
‑
20h；更进一步优选为6
‑
15h。当砂磨混合时转速越高、时间越长，获得纯相NiS2所用煅烧温度越低或者煅烧时间越短。
[0020]优选地，所得高比容量NiS2粉体的粒度为0.2～80μm。
[0021]所得高比容量NiS2粉体中镍的质量含量为47.1～49.7％。
[0022]本专利技术进一步提供上述二硫化镍材料在电极材料上的应用。电极材料主要涉及热电池正极材料，也可以用于锂离子电池的体系中。
[0023]本专利技术所涉及的砂磨
‑
煅烧法相对于传统固相法和水热法制备NiS2材料具有简便、高效、低成本、低污染等优势；其可以显著提高热电池的比容量。
[0024]本专利技术的NiS2材料及其制备方法，它的主要优点有：
[0025](1)本专利技术采用先砂磨后煅烧的方法合成的NiS2粉体，煅烧温度为280～450℃、优化地为300～420℃，时间为3～30h，相比于杨金虎等人采用700℃高温固相烧结24h，此法的煅烧温度低；相比于Hou Y D等人的低温固相法烧结制备NiS2需要72h，此法的制备时间短，有利于提高工业化生产效率；
[0026](2)本专利技术采用镍粉及升华硫粉作为原料，相比于离子交换法、有机热分解法、水热法制备NiS2，此法不仅成本低，而且具有功耗低等的特点；
[0027](3)本专利技术采用设备为纳米砂磨机和真空烧结炉，相比于Liu X J等人采用高能球磨机制备纳米NiS2，Qian X F等人以易燃、易爆、有毒的有机溶剂为原料制备NiS2，此法具有工艺及设备简单，无毒，无污染等特点；
[0028](4)NiS2具有比FeS2更高的热稳定性、比CoS2更高比容量；
[0029](5)本专利技术制备的NiS2粉体做成电极，比容量高达800mAh g
‑1以上(经优化后可达808
‑
825mAh g
‑1)，明显高于采用水热法制备的亚微米级NiS2的放电性能(590mAh g
‑1)，达到NiS2理论比容量(870mAh g
‑1)的91％以上。
附图说明
[0030]图1表示砂磨
‑
低温煅烧法制备的NiS2的粉末XRD图；
[0031]图2表示实施例2获得的NiS2材料的SEM照片；
[0032]图3表示实施例2获得的NiS2材料在0.1A cm
‑2，500℃时的放电性能曲线；
[0033]图4表示对比例3中NiS2的粉末XRD图。
[0034]图5表示对比例3获得的NiS2材料在0.1Acm
‑2，500℃时的放电性能曲线；
具体实施方式
[0035]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。
[0036]实施例1
[0037]将羰基镍粉、升华硫粉末按质量比1:2的比例混合后，用去离子水作为溶剂，固含量为5％，再在高速均质搅拌机下搅拌均匀后倒入砂磨机中进行砂磨，以2500r/min转速砂磨90min，然后将砂磨料静置沉淀5h，再放入真空干燥箱中，在80℃下干燥，将干燥后的砂磨料粉碎过筛，最后密封压制在不锈钢模具中，使压制时砂磨料所受压力为60MPa。在Ar保护气氛下，以10℃/min的升温速率将温度升至300℃，保温6h，自然降温至室温，取出烧结样品研磨后保存。煅烧后的粉末经XRD分析表明，砂磨低温煅烧后能够获得NiS2(图1)，砂磨低温煅烧后能够获得NiS2经研磨得到高比容量NiS2粉体；所得高比容量NiS2粉体的粒度分布为0.6～40μm。Ni含量为47.8wt.％。
[0038]应用例1
[0039]将实施例1中制备的高比容量NiS2粉体与LiB负极、三元电解质(LiF
‑
LiCl
‑
LiBr)
匹配制备单热电池体系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温合成高比容量NiS2粉体的方法；其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)将镍粉和升华硫粉在砂磨机中湿式砂磨混合，其中镍粉和升华硫粉质量比为1:1.1～1:2.5，砂磨后将砂磨样干燥去除溶剂；湿式砂磨混合时，控制砂磨机的转速为500～2800r/min、优选为1000～2800r/min，砂磨时间为20～300min、优选为30～120min；(2)将干燥后的砂磨料粉碎过筛后用模具冷压成型，冷压时砂磨料所受压力为1MPa～125MPa、优选为10
‑
90MPa；(3)在惰性气体的保护下，对冷压成型后的砂磨料进行煅烧；其中煅烧温度280～440℃、优选为300～420℃、进一步优选为300～350℃；煅烧后降温，得到二硫化镍材料；二硫化镍材料经破碎后，得到高比容量NiS2粉体。2.根据权利要求1所述的一种低温合成高比容量NiS2粉体的方法；其特征在于：镍粉选自羰基镍粉、电解镍粉、雾化镍粉、球形镍粉中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种低温合成高比容量NiS2粉体的方法；其特征在于：湿式砂磨混合时，所用介质选自水、乙醇、丙酮、正丁醇中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种低温合成高比容量NiS2粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：符立才，章诚诚，周灵平，朱家俊，杨武霖，李德意，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：