一种化合价可调控的金属化合物及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于锂硫电池的技术领域，具体涉及到一种可调控化合价的金属化合物及其制备方法。该金属化合物材料主体为CoSe2，通过碳纳米管(CNT)与Co

【技术实现步骤摘要】
一种化合价可调控的金属化合物及其制备和应用


[0001]本专利技术属于锂硫电池
，特别涉及一种化合价可调控的金属化合物及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂硫电池充放电中间产物多硫化物易溶于电解液形成穿梭效应，且其氧化反应动力学缓慢，造成活性物质利用率低，锂硫电池循环稳定性差、倍率性能低，制约了其发展和应用。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种化合价可调控的金属化合物及其制备方法，针对CoSe2作为锂硫电池正极硫催化剂，引入CNT调控CoSe2中钴的化合价，提高其催化活性。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种化合价可调控的金属化合物，表达式为：CNT
‑
CoSe2；其中CNT表示碳纳米管，所述CNT的引入，使得CoSe2中Co
2+
的含量增加，Co
3+
的含量降低，从而调控CoSe2中Co的价态。
[0006]本专利技术实施例中，所述CNT与Co
‑
MOF原位复合并在400～600℃的高温下通过与硒粉反应组成CNT
‑
CoSe2，通过控制CNT的种类、用量和与硒粉反应的温度调控CoSe2中Co的价态。
[0007]本专利技术实施例中，所述CoSe2中，Co
2+
/Co
3+
的可调整比例范围是0.86：1～0.56：0。
[0008]本专利技术实施例中，所述碳纳米管为羟基化碳纳米管、羧基化碳纳米管或其它含官能团的功能化纳米管中的一种或几种。
[0009]本专利技术还提供了所述化合价可调控的金属化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤(1)，将碳纳米管超声分散于无水甲醇，加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌溶解后，再加入六水合硝酸钴溶解得到混合溶液；
[0011]步骤(2)，将含有二甲基咪唑的甲醇倒入所述混合溶液中搅拌，之后在室温下静置老化，用乙醇离心清洗，得到CNT
‑
Co
‑
MOF；
[0012]步骤(3)，将所述CNT
‑
Co
‑
MOF与硒粉混合后，在惰性气氛中热处理，得到CNT
‑
CoSe2。
[0013]本专利技术实施例中，所述十六烷基三甲基溴化铵与碳纳米管的质量比为1：5～1：10，碳纳米管与六水合硝酸钴的质量比为1：8～1：10，二甲基咪唑的用量与六水合硝酸钴的质量比为1：1～1.5：1。
[0014]本专利技术实施例中，所述CNT
‑
Co
‑
MOF与硒粉的质量比为1：1.8～1：2。
[0015]本专利技术实施例中，所述步骤(3)，热处理的参数为400～600℃下在惰性气氛中反应2～3h。
[0016]本专利技术所述化合价可调控的金属化合物可作为锂硫电池硫催化剂。
[0017]本专利技术实施例中，将CNT
‑
CoSe2与硫混合后作为锂硫电池正极材料；或者，以硫碳复合材料为正极，将CNT
‑
CoSe2与PVDF混合，加入NMP混浆料，并涂布于PP隔膜，得到CNT
‑
CoSe2修饰的隔膜，以锂片为负极，组装扣式电池。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019](1)在本专利技术中，较未加入CNT得到的CoSe2，引入CNT后钴的化合价得到调控(具体地，是Co
2+
/Co
3+
的比例不同程度增大)，提高了其催化活性，为碳材料和金属化合物复合改性提供了新思路。
[0020](2)CNT具有较大的比表面积和优异的导电性，可提高复合材料的比表面积和导电性，有助于复合材料催化多硫化锂转化。
[0021](3)本专利技术调控金属化合物化合价的制备方法步骤简便，所需反应设备简单，且所得产物品质均一、稳定，是一种可大规模高效制备的材料及制备方法，可推广应用于催化等其他领域。
附图说明
[0022]图1为实施例1所制得的CoSe2和CNT
‑
CoSe2的X射线衍射(XRD)图。
[0023]图2为实施例1所制得的CoSe2和CNT
‑
CoSe2的X射线光电子能谱(XPS)图。
[0024]图3为实施例1所制得的CoSe2和CNT
‑
CoSe2用作硫催化剂的Li2S6对称电池的循环伏安(CV)图。
[0025]图4为实施例1所制得的CoSe2和CNT
‑
CoSe2修饰商用PP隔膜所组装的锂硫电池倍率性能。
[0026]图5为实施例2所制得的CNT
‑
CoSe2的XPS图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。
[0028]金属硒化物具有高导电性和高催化活性，可促进多硫化锂转化、提高其氧化还原动力学，从而缓解多硫化锂的穿梭效应，提高锂硫电池的电化学性能。但硒化钴中金属元素的化合价会影响硒化钴在锂硫电池反应过程中的催化活性，因此，调控硒化钴的化合价对催化多硫化锂转化具有重要意义。
[0029]本专利技术即以此为目的，提供了一种化合价可调控的金属化合物硒化钴，由碳纳米管(CNT)与Co
‑
MOF原位复合并在400～600℃的高温下通过与硒粉反应组成，其表达式为CNT
‑
CoSe2。本专利技术中CNT的引入，可使得CoSe2中Co
2+
的含量增加，Co
3+
的含量降低，从而调控CoSe2中Co的价态。其原理在于：CNT表面官能团通过静电相互作用吸附钴离子，并作为Co
‑
MOF的成核位点，与Co
‑
MOF在原位复合过程中与钴发生电子相互作用。
[0030]具体地，可通过控制CNT的种类、用量和与硒粉反应的温度等因素中的一个或几个组合，调控CoSe2中Co的化合价。通过改变CNT的种类、用量和硒化反应温度，组成的CNT
‑
CoSe2原位复合材料中Co
2+
、Co
3+
特征峰向低结合能方向移动，并且Co
2+
和Co
3+
的比例发生改变，进而调控了Co的化合价。一般来说，引入功能化CNT增大了Co
2+
的含量，而升高硒化反应温度则会减小Co
2+
的含量。
[0031]在本专利技术的实施例中，碳纳米管可以为羟基化碳纳米管、羧基化碳纳米管或其它
含官能团的功能化纳米管中的一种或几种。
[0032]本专利技术还提供了该化合价可调控的金属化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0033]步骤(1)，将碳纳米管超声分散于无水甲醇，加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌溶解后，再加入六水合硝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化合价可调控的金属化合物，表达式为：CNT
‑
CoSe2；其中CNT表示碳纳米管，所述CNT的引入，使得CoSe2中Co
2+
的含量增加，Co
3+
的含量降低，从而调控CoSe2中Co的价态。2.根据权利要求1所述化合价可调控的金属化合物，其特征在于，所述CNT与Co
‑
MOF原位复合并在400～600℃的高温下通过与硒粉反应组成CNT
‑
CoSe2，通过控制CNT的种类、用量和与硒粉反应的温度调控CoSe2中Co的价态。3.根据权利要求2所述化合价可调控的金属化合物，其特征在于，所述CoSe2中，Co
2+
/Co
3+
的可调整比例范围是0.86：1～0.56：0。4.根据权利要求1所述化合价可调控的金属化合物，其特征在于，所述碳纳米管为含官能团的功能化纳米管中的一种或几种。5.权利要求1所述化合价可调控的金属化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，将碳纳米管超声分散于无水甲醇，加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌溶解后，再加入六水合硝酸钴溶解得到混合溶液；步骤(2)，将含有二甲基咪唑的甲醇倒入所述混合溶液中搅拌，之后在室温下静置老化，用乙醇离心清洗，得到CNT

【专利技术属性】
技术研发人员：陈利萍，白洋，王娟，李勇，祖冠男，付永红，许云华，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：