二硫化钴及其制备方法、应用、负极片、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种二硫化钴及其制备方法、应用、负极片、锂离子电池。本发明专利技术的二硫化钴的制备方法包括如下步骤：将包括钴源、硫源和六次甲基四胺的混合溶液进行水热反应，所述六次甲基四胺与所述钴源的质量比为(1.2～5):1，所述水热反应的温度为160～250℃，所述水热反应时间8～15h。本发明专利技术的二硫化钴作为负极材料制得的锂离子电池具有优异的电化学性能，尤其是具有较高的充放电容量、首次库伦效率、循环性能和倍率性能。能和倍率性能。能和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
二硫化钴及其制备方法、应用、负极片、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及一种二硫化钴及其制备方法、应用、负极片、锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着互联网时代的快速发展，手机、电脑等电子产品不断更新换代，电子产品对电池的性能要求也越来越高。锂离子电池因其工作电压高、比容量大、能量密度高、循环性能优越、安全性能高、自放电率低、具有快速充放电能力等优点，在许多领域得到广泛应用。商品化的锂离子电池仍采用炭素材料作为负极材料，但该材料在实际电池中的容量已接近其理论容量，因此已没有多大的提升空间，寻找具有更高容量的负极材料对于锂离子电池的发展具有重要意义。
[0003]硫基材料吸锂后形成Li2S，其理论容量高达1672mAh/g，其高的放电比容量日益受到关注。但是其缺点是导电性不佳使电解质与电极界面的电荷传输电阻加大，实际放电容量与理论容量差异巨大；并且在充放电循环过程中电极材料的体积膨胀并伴随着多硫化锂的形成，因此以硫基过渡金属作为负极材料的循环性能差、阻碍硫基材料在锂离子电池中的进一步应用。
[0004]因此，当前急需研发一种高放电比容量、循环稳定性好的锂离子电池负极材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题在于克服了现有技术硫基负极材料放电容量低、循环性能差导致在锂离子电池应用中受限的缺陷，提供了一种二硫化钴及其制备方法、应用、负极片、锂离子电池。本专利技术的二硫化钴作为负极材料制得的锂离子电池具有优异的电化学性能，尤其是具有较高的充放电容量、首次库伦效率、循环性能和倍率性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种二硫化钴，其包括蠕虫状颗粒，所述蠕虫状颗粒具有多片层结构，每一所述片层的厚度不超过10nm。
[0008]本专利技术中，所述蠕虫状颗粒的粒径较佳地为0.5～10μm，更佳地为1～5μm，例如2μm。
[0009]本专利技术的某一较佳实施例中，所述蠕虫状颗粒的SEM图如图1或图2所示。
[0010]本专利技术还提供了一种二硫化钴的制备方法，其包括如下步骤：将包括钴源、硫源和六次甲基四胺的混合溶液进行水热反应，所述水热反应的温度为160～200℃，所述六次甲基四胺与所述钴源的质量比为(1～5):1。
[0011]本专利技术中，所述六次甲基四胺与所述钴源的质量比较佳地为(1.2～4.2):1，更佳地为(2～4.2):1，进一步更佳地为1.34:1、2.68:1或4.03:1。
[0012]本专利技术中，所述六次甲级四胺在所述混合液中的体积浓度较佳地为5～12g/L，更佳地为5～10g/L，进一步更佳地为10g/L。
[0013]本专利技术中，所述钴源可为本领域常规的提供钴离子的含钴化合物，较佳地为氯化
钴、醋酸钴和硝酸钴中的一种或多种，更佳地为氯化钴。
[0014]本专利技术中，所述硫源可为本领域常规的能提供S
‑
的含硫化合物，较佳地为硫脲。
[0015]本专利技术中，所述钴源中的钴和所述硫源中的硫的摩尔比可为本领域常规，较佳地为(0.5～2):1，例如0.58:1。
[0016]本专利技术的一些较佳实施例中，所述钴源中的钴和所述硫源中的硫的摩尔比为(1～2):1。
[0017]含硫物质存在一定的危险，为了安全起见，硫一般不过量。
[0018]本专利技术中，本领域技术人员常规均了解，所述混合溶液还包括溶剂。
[0019]其中，所述溶剂可为本领域常规的能溶解所述钴源和所述硫源的溶剂，较佳地为乙醇和水的混合溶液。
[0020]所述乙醇和所述水的体积比可为本领域常规，较佳地为(0.5～2):1，更佳地为1:1。
[0021]本专利技术中，所述混合溶液中，所述钴源的体积浓度可为本领域常规，较佳地为1～8g/L，更佳地为3～5g/L，进一步更佳地为3.7g/L。
[0022]本专利技术中，所述混合溶液中，所述硫源的体积浓度可为本领域常规，较佳地为1～8g/L，更佳地为3～5g/L，进一步更佳地为3.75g/L。
[0023]本专利技术中，所述混合溶液可通过本领域常规的方法制得，较佳地包括如下步骤：将所述钴源和所述硫源分别溶解到溶剂中形成钴源溶液和硫源溶液，将所述硫源溶液加入到所述钴源溶液中，再加入所述六次甲基四胺，即可。
[0024]其中，较佳地，所述硫源溶液滴加至所述钴源溶液中。
[0025]本专利技术中，所述水热反应的温度较佳地为180℃。
[0026]本专利技术中，所述水热反应的时间较佳地为8～15h，更佳地为12h。
[0027]本专利技术中，本领域技术人员常规均了解，所述水热反应结束后一般还包括过滤、洗涤和干燥的步骤。
[0028]其中，所述干燥的温度可为本领域常规，较佳地为60℃。
[0029]本专利技术还提供了一种如上所述制备方法制得的二硫化钴。
[0030]本专利技术还提供了一种如上所述的二硫化钴作为负极材料在负极片或锂离子电池中的应用。
[0031]本专利技术还提供了一种负极片，其包括如上所述的二硫化钴。
[0032]本专利技术中，所述负极片的制备方法可为本领域常规，一般将负极浆料负载在集流体上，经干燥后制得。
[0033]其中，所述负极浆料较佳地包括如上所述的二硫化钴、导电剂、粘结剂和溶剂。
[0034]所述导电剂可为本领域常规，较佳地为气相生长碳纤维(VGCF)。
[0035]所述粘结剂可为本领域常规，较佳地为聚偏氟乙烯(PVDF)。
[0036]所述溶剂可为本领域常规，较佳地为N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(NMP)。
[0037]所述二硫化钴、所述导电剂和所述粘结剂的质量比可为本领域常规，较佳地为1:1:1。
[0038]所述负极浆料中的固含量可为本领域常规，较佳地为20～30％，更佳地为25％，其中固含量为所述负极浆料中固形物占所述负极浆料的质量百分比。
[0039]其中，所述集流体可为本领域常规，较佳地为铝箔、铜箔和泡沫镍中的一种或多种，更佳地为铜箔。
[0040]其中，所述干燥可采用本领域常规方法进行，较佳地为真空干燥。
[0041]其中，所述干燥的温度可为本领域常规，较佳地为55～65℃。
[0042]其中，所述干燥的时间可为本领域常规，较佳地为20～28h。
[0043]本专利技术还提供了一种锂离子电池，其包括如上所述的二硫化钴或如上所述的负极片。
[0044]本专利技术中，所述锂离子电池较佳地还包括正极、隔膜和电解液。
[0045]其中，所述正极可为本领域常规，较佳地为金属锂片。
[0046]其中，所述隔膜可为本领域常规，较佳地为由日本旭化成、日本东然、日东、ENTEK或Celgard提供的锂离子电池隔膜，更佳地为Celgard提供的隔膜。
[0047]其中，所述电解液的溶剂可为本领域常规的锂离子电池电解液，较佳地为环状碳酸酯、链状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二硫化钴的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：将包括钴源、硫源和六次甲基四胺的混合溶液进行水热反应，所述六次甲基四胺与所述钴源的质量比为(1.2～5):1，所述水热反应的温度为160～250℃，所述水热反应时间8～15h。2.如权利要求1所述的二硫化钴的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为160～220℃，更佳地为160～200℃，例如160℃、180℃或200℃；和/或，所述水热反应的时间为10～14h，较佳地为12h。3.如权利要求1或2所述的二硫化钴的制备方法，其特征在于，所述六次甲基四胺与所述钴源的质量比为(1.2～4.2):1，较佳地为(2～4.2):1，更佳地为1.34:1、2.68:1或4.03:1。4.如权利要求1或2所述的二硫化钴的制备方法，其特征在于，所述钴源为氯化钴、醋酸钴和硝酸钴中的一种或多种，较佳地为氯化钴；和/或，所述硫源为硫脲；和/或，所述钴源中的钴和所述硫源中的硫的摩尔比为(0.5～2):1，例如0.58:1；和/或，所述混合溶液还包括溶剂；所述溶剂较佳地为乙醇和水的混合溶液；所述乙醇和所述水的体积比较佳地为(0.5～2):1，更佳地为1:1；和/或，所述混合溶液中，所述钴源的体积浓度为1～8g/L，较佳地为3～5g/L，更佳地为3.7g/L；和/或，所述混合溶液中，所述硫源的体积浓度为1～8g/L，较佳地为3～5g/L，更佳地为3.75g/L；和/或，所述混合溶液的制备方法包括如下步骤：将所述钴源和所述硫源分别溶解到溶剂中形成钴源溶液和硫源溶液，将所述硫源溶液滴加到所述钴...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓峰，李学智，余子涯，
申请(专利权)人：上海朗亿功能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：