CN110015683A - 一种SnS微米花的制备方法及其在镁电池中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种花状的SnS微米花的制备方法。包括如下步骤：(1)将锡源和硫源加入的乙二醇/水的混合溶液，再加入十六烷基溴化铵，搅拌；(2)将(1)中混合溶液转移到聚四氟的反应釜中，在160℃下反应20～24小时；(3)自然冷却后，离心，洗涤，真空干燥即得SnS微米花。本发明利用简单的溶剂热法合成的SnS微米花具有较大的比表面积，电解液可以与活性物质充分接触，利于镁离子的存储。另外，在镁电池正极材料中，SnS是一种基于转化反应的电极材料，具有较高的理论比容量，成本低、安全毒性低，是一种很有前途的电极材料。
Description
技术领域
本申请涉及电化学储能领域，具体而言，涉及一种SnS微米花的制备方法及其在镁电池中的应用。
背景技术
随着能源和环境问题的日益剧增，全世界都在发展清洁，可再生能源。目前，主要的动力能源主要有镍氢电池，铅酸蓄电池，锂离子电池等。然而，镍氢电池存在记忆效应，铅酸电池使用了对环境有害的重金属元素铅，锂离子电池虽然具有能量密度高，循环寿命长以及无记忆效应等优点，但是锂资源的匮乏以及锂枝晶引起的安全问题使得锂离子电池在大规模动力体系的应用受到限制。
由于各国对动力能源的需求日益增加，开发廉价、环境友好且大容量的可充电电池显得尤为重要。镁是一种价格便宜，对环境友好且与锂金属具有相似性质的轻金属，其具有较低的还原电势(-2.37V vs.RHE)，理论比容量较高(2205mAh g-1)。另外，镁金属没有锂金属活泼，更容易加工，且不易产生枝晶，安全性更好。因此，镁金属作为负极的可充电镁电池被认为是一种很有潜力的绿色电池，具有广阔的应用前景。目前镁电池的发展面临的最大障碍，一是缺乏能够与正负极兼容的电解液，二是缺乏高容量、长循环的正极材料。
因此，设计高容量，长循环的正极材料，寻找且能与之很好兼容的电解液非常重要。
发明内容
目前报道的镁电池正极材料主要是过渡金属氧化物与硫化物。硫化物中的晶格阴离子二价硫离子比氧化物中的二价氧离子更软，与强极化的二价镁离子的静电相互作用更弱，利于镁离子的嵌入/脱出。因此硫化物在镁电池正极材料中具有很大的潜力。
本发明报道了一种基于硫化锡的镁电池正极，该材料表现出较好的的倍率性能和长循环稳定性。
本申请提供了一种花状的SnS微米花的制备方法。包括如下步骤：
(1)将锡源和硫源加入的乙二醇/水的混合溶液，再加入十六烷基溴化铵，搅拌；
(2)将(1)中混合溶液转移到聚四氟的反应釜中，在160℃下反应20～24小时；
(3)自然冷却后，离心，洗涤，真空干燥即得SnS微米花。
具体的，所述的锡源为四氯化锡、二氯化锡。
具体的，所述的硫源为硫代乙酰胺、硫脲、半胱氨酸。
进一步的，所述锡源、硫源摩尔比例：1:1～1:4。
具体的，所述的乙二醇/水的混合溶液体积比：1:1～1:4。
具体的，所述十六烷基溴化铵的用量为：每L溶剂中3～7g十六烷基溴化铵。
本发明还提供了花状的SnS微米花作为镁电池的正极在镁电池中应用。
所述的应用，具体方法为：将SnS微米花、乙炔黑和聚偏四氟乙烯混合，研磨均匀，然后加入N-甲基吡咯烷酮，搅拌成匀浆，涂在碳纸上制成电极片，真空干燥，然后切成圆片，即镁电池正极。
具体的，所述SnS微米花、乙炔黑和聚偏四氟乙烯的质量比为7:2:1。
具体的，所述的真空干燥为：在60℃下干燥24小时。
有益效果：本发明所述的基于SnS微米花的镁电池正极材料，该电极材料有较高的放电容量，较好的的倍率性能和和较长的循环寿命。
本发明利用简单的溶剂热法合成的SnS微米花具有较大的比表面积，电解液可以与活性物质充分接触，利于镁离子的存储。另外，在镁电池正极材料中，SnS是一种基于转化反应的电极材料，具有较高的理论比容量，成本低、安全毒性低，是一种很有前途的电极材料。
附图说明
图1是SnS微米花的SEM图。
图2是SnS正极的倍率测试图。
图3是200mA g-1电流密度下电池的长循环测试图
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
制备SnS微米花：
(1)将SnCl4、硫脲按1:2.5的摩尔比加入一定量1:4的乙二醇/水的混合溶液中，搅拌至溶解，再加入适量的十六烷基溴化铵，搅拌半小时；
(2)将混合溶液转移至聚四氟反应釜中，160℃下反应20小时；
(3)自然冷却后，水和乙醇分别洗若干次，60℃真空干燥。
图1显示了该SnS的扫描电子显微镜图(SEM)，从图中可以看出该SnS形貌为微米球。
实施例2
电化学性能测试：
镁电池是在无水无氧充满氩气手套箱中组装而成，其电化学性能测试在蓝电测试系统(LAND)中完成的。具体步骤如下：
(1)将制得的SnS微米花、乙炔黑和聚偏四氟乙烯按7:2:1的质量比研磨均匀，然后加入适量的N－甲基吡咯烷酮，搅拌成匀浆，涂在碳纸上制成电极片，并于60℃真空干燥24小时，然后切成直径为1.4cm的圆片，即正极；
(2)将镁箔用砂纸打磨至银白色，四氢呋喃清洗之后自然晾干，剪成小圆片，即负极；
(3)打开手套箱，将SnS正极，镁箔负极，玻璃纤维膜以及不同的电解液分别组装成CR2032扣式电池。
(4)打开蓝电测试系统，设置实验参数，启动测试。
该SnS微米球作为镁电池正极，在Mg(TFSI)2/MgCl2/DME电解液中表现出良好的电化学性能。图2和图3是SnS正极的倍率以及长循环测试。可以看出，在200mA g-1的电流密度下，电池放电容量最高可达415mAh g-1，500mA g-1的大电流密度下，放电容量仍可达41mAhg-1，具有较好的倍率性能。在200mA g-1的大电流密度下，电池放电容量最高可达312mAh g-1，循环100圈之后，容量仍有50mAh g-1。本发明所述的基于转化机制SnS镁电池正极材料，该材料具有较好的循环稳定性和倍率性能，对镁电池的发展具有重要的意义。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请。
Claims (10)
1.一种SnS微米花的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将锡源和硫源加入的乙二醇/水的混合溶液，再加入十六烷基溴化铵，搅拌；
(2)将(1)中混合溶液转移到聚四氟的反应釜中，在160℃下反应20～24小时；
(3)自然冷却后，离心，洗涤，真空干燥即得SnS微米花。
2.根据权利要求1所述的SnS微米花的制备方法，其特征在于，所述的锡源为四氯化锡、二氯化锡。
3.根据权利要求1所述的SnS微米花的制备方法，其特征在于，所述的硫源为硫代乙酰胺、硫脲、半胱氨酸。
4.根据权利要求1所述的SnS微米花的制备方法，其特征在于，所述锡源、硫源摩尔比例：1:1～1:4。
5.根据权利要求1所述的SnS微米花的制备方法，其特征在于，所述的乙二醇/水的混合溶液体积比：1:1～1:4。
6.根据权利要求1所述的SnS微米花的制备方法，其特征在于，十六烷基溴化铵的用量为：每L溶剂中3～7g十六烷基溴化铵。
7.一种SnS微米花的应用，其特征在于，将其制成镁电池正极。
8.根据权利要求7所述的SnS微米花的应用，其特征在于，将SnS微米花、乙炔黑和聚偏四氟乙烯混合，研磨均匀，然后加入N-甲基吡咯烷酮，搅拌成匀浆，涂在碳纸上制成电极片，真空干燥，然后切成圆片，即镁电池正极。
9.根据权利要求7所述的SnS微米花的应用，其特征在于，所述SnS微米花、乙炔黑和聚偏四氟乙烯的质量比为7:2:1。
10.根据权利要求7所述的SnS微米花的应用，其特征在于，所述的真空干燥为：在60℃下干燥24小时。
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