CN105449171A - 一种纳米硫化镍的制备方法 - Google Patents

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涂继国
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Abstract

本发明涉及一种纳米硫化镍的制备方法，该方法的步骤为：将醋酸镍和硫代硫酸钠按照一定的比例混合均匀，溶于去离子水中，得到混合溶液；将混合溶液加入高压釜中，在一定的温度下，反应一定时间；冷却后进行离心清洗并烘干得到黑色固体物质，即具有六方相的纳米带状的NiS，粒径为10-500纳米。本发明的有益效果在于制备原料成本低、绿色环保且价格低廉，制备方法简单易操作，制备产品为纳米材料且形貌颗粒均匀，具有良好的电化学活性。将其作为铝离子电池正极材料时，电池比容量可达到100mAh/g，且可以稳定循环。

Description

一种纳米硫化镍的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米硫化镍的制备方法。
背景技术
硫化镍的存在形式有多种，譬如NiS、Ni3+xS2、Ni3S2、Ni7S6、Ni9S8、Ni3S4和NiS2。其中NiS存在六方晶系结构及斜方晶系结构，并且都拥有良好的化学活性，能应用于红外探测、锂离子电池正极材料及催化作用等领域。很多研究学者已经合成不同形态的斜方晶系NiS，比如管状的、层状的、刺猬型的、花型的。六方晶系NiS表现出金属半导体属性和顺反磁性过渡性能。2001年，钱逸泰团队制备出不规则的纳米六方晶系NiS颗粒。2004年，刘晓鹤提出在水合肼中合成刺猬球型的六方晶系NiS。
自日本SONY公司成功推出锂离子电池以来，锂离子电池便迅速在电子产品、动力能源、军事领域等多方面得到了广泛的应用。但是由于锂资源的局限导致成本昂贵以及较大的安全隐患限制了锂离子电池的进一步发展，要将锂离子电池大规模应用于风能、太阳能以及潮汐能等绿色环保能源的能量转换与储存几乎是不可能完成的任务。近年来，铝离子电池因其地壳中丰富的铝资源及较低的开发成本使得其慢慢走入了人们的视线。
发明内容
本发明涉及一种纳米硫化镍的制备方法及其应用于铝离子二次电池正极材料，表现出快速充放电、高容量的性能，用于风能、太阳能、潮汐能等可再生清洁能源的能量储存与转换利用。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种纳米硫化镍的制备方法，该制备方法的具体步骤如下：
步骤1：将醋酸镍和硫代硫酸钠按照一定的比例混合均匀，溶于去离子水中，得到混合溶液；
步骤2：将混合溶液加入高压釜中，在一定的温度下，反应一定时间；
步骤3：冷却后进行离心清洗并烘干得到黑色固体物质，即具有六方相的纳米带状的NiS。
进一步，该方法还包括步骤4：将步骤3制备得到具有六方相的纳米带状的NiS，加入乙二胺四乙酸即可得到纳米球状的NiS2。
进一步，所述具有六方相的纳米带状的NiS的粒径为10-500nm。
进一步，所述步骤1中的醋酸镍与硫代硫酸钠的摩尔比在1-3:1。
进一步，所述步骤2中高压釜反应中，温度为100℃-230℃，反应时间为6-48h。
进一步，所述步骤3中离心清洗的工艺为：加入蒸馏水或无水乙醇，离心机转速4000-4500r/min，离心时间10-15min，离心次数3-5次。
一种上述方法制备得到纳米硫化镍应用于铝离子二次电池正极材料，表现出快速充放电、高容量的性能，用于风能、太阳能、潮汐能等可再生清洁能源的能量储存与转换利用。
本发明的有益效果是：该方法使用醋酸镍和硫代硫酸钠通过水热法合成制备纳米硫化镍，将其作为正极活性物质，金属铝或含铝合金作为负极材料，构成一种可充电的铝离子电池。由于铝元素在地壳的储量丰富，价格便宜，大大降低了电池的制备成本，同时也提高了离子电池的安全性能。本发明所制备的具有六方相带状纳米硫化镍，粒径均匀，形貌统一，具有良好的电化学和催化活性，在电化学储能方面有着广泛的应用前景。铝离子电解液的导电率高，热稳定性好，与电池中正负极材料、隔膜和粘结剂等不发生化学反应。本发明制备的硫化镍材料可应用于铝离子电池，且表现出良好性能，该铝离子电池可应用于众多领域，如电子工业、通讯产业、电动汽车等。
附图说明
图1为本发明制备的纳米带状的硫化镍的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明，本发明下面将通过具体实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
实施例1
将4mmol的醋酸镍及3mmol硫代硫酸钠加入30mL去离子水中，磁力搅拌5min，转移到50mL高压釜中，230℃下密封加热40h。冷却到室温后，打开高压釜，通过离心收集得到制备的固体产物，用蒸馏水或无水乙醇清洗，加入蒸馏水，离心机转速4000r/min，离心时间10min，离心次数3-5次，60℃下真空干燥，得到纳米带状的NiS的粒径为20nm左右。
实施例2
将2mmol的醋酸镍及1mmol硫代硫酸钠加入30mL去离子水中，磁力搅拌5min，加入转移到50mL高压釜中，170℃下密封加热15h。冷却到室温后，打开高压釜，通过离心收集得到制备的固体产物，用蒸馏水或无水乙醇清洗，60℃下真空干燥，得到纳米带状的NiS的粒径为200nm左右。
实施例3
将2mmol的醋酸镍及1mmol硫代硫酸钠加入30mL去离子水中，磁力搅拌5min，加入转移到50mL高压釜中，150℃下密封加热20h。冷却到室温后，打开高压釜，通过离心收集得到制备的固体产物，用蒸馏水或无水乙醇清洗，60℃下真空干燥，得到纳米带状的NiS的粒径为300nm左右。
实施例4
将3mmol的醋酸镍及2mmol硫代硫酸钠加入40mL去离子水中，磁力搅拌5min，加入转移到100mL高压釜中，170℃下密封加热15h。冷却到室温后，打开高压釜，通过离心收集得到制备的固体产物，用蒸馏水或无水乙醇清洗，60℃下真空干燥，得到纳米带状的NiS的粒径为150nm左右。
实施例5
将4mmol的醋酸镍及3mmol硫代硫酸钠加入60mL去离子水中，磁力搅拌5min，加入转移到100mL高压釜中，170℃下密封加热15h。冷却到室温后，打开高压釜，通过离心收集得到制备的固体产物，用蒸馏水或无水乙醇清洗，60℃下真空干燥得到纳米带状的NiS的粒径为250nm左右。
实施例6
将4mmol的醋酸镍及3mmol硫代硫酸钠加入60mL去离子水中，磁力搅拌10min，加入转移到100mL高压釜中，170℃下密封加热15h。冷却到室温后，打开高压釜，通过离心收集得到制备的固体产物，用蒸馏水或无水乙醇清洗，60℃下真空干燥，得到纳米带状的NiS的粒径为250nm左右。
实施例7
将4mmol的醋酸镍及3mmol硫代硫酸钠加入60mL去离子水中，磁力搅拌10min，加入转移到100mL高压釜中，150℃下密封加热20h。冷却到室温后，打开高压釜，通过离心收集得到制备的固体产物，用蒸馏水或无水乙醇清洗，60℃下真空干燥，得到纳米带状的NiS的粒径为350nm左右。干燥后的产物与导电剂按一定比例混合，均匀涂片作为铝离子电池正极，最后在60-100℃烘箱静置12h以上烘干后用玻璃纤维（GF/D）材料包裹作为电池正极。负极为高纯铝片，裁剪成大小合适的片状作为负极。将无水氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑氯化物按摩尔比为1.3:1在氩气环境的手套箱内配制成离子液体，作为本发明的铝离子电池电解液。最后将准备好的正极、负极及电解液在手套箱内组装成软包铝离子电池。电池静置24h后，在0.1-2.0V之间进行充放电测试。

Claims (7)

1.一种纳米硫化镍的制备方法，其特征在于，该制备方法的具体步骤如下：
步骤1：将醋酸镍和硫代硫酸钠按照一定的比例混合均匀，溶于去离子水中，得到混合溶液；
步骤2：将混合溶液加入高压釜中，在一定的温度下，反应一定时间；
步骤3：冷却后进行离心清洗并烘干得到黑色固体物质，即具有六方相的纳米带状的NiS。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括步骤4：将步骤3制备得到具有六方相的纳米带状的NiS，加入乙二胺四乙酸即可得到纳米球状的NiS2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有六方相的纳米带状的NiS的粒径为10-500nm。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的醋酸镍与硫代硫酸钠的摩尔比在1:1~3:1。
5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中高压釜反应中，温度为100℃-230℃，反应时间为6-48h。
6.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中离心清洗的工艺为：加入蒸馏水或无水乙醇，离心机转速4000-4500r/min，离心时间10-15min，离心次数3-5次。
7.一种如权利要求1或2的制备方法制备得到纳米硫化镍应用于铝离子二次电池的正极材料。
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