CN111755695A - 一种褶皱多面体状硫化钴电极材料及其制备方法 - Google Patents

一种褶皱多面体状硫化钴电极材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111755695A
CN111755695A CN202010616183.5A CN202010616183A CN111755695A CN 111755695 A CN111755695 A CN 111755695A CN 202010616183 A CN202010616183 A CN 202010616183A CN 111755695 A CN111755695 A CN 111755695A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon cloth
solution
polyhedral
electrode material
cobalt sulfide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010616183.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111755695B (zh
Inventor
黄剑锋
何枢薇
李嘉胤
曹丽云
王芳敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN202010616183.5A priority Critical patent/CN111755695B/zh
Publication of CN111755695A publication Critical patent/CN111755695A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111755695B publication Critical patent/CN111755695B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1397—Processes of manufacture of electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
    • H01M4/5815—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/663—Selection of materials containing carbon or carbonaceous materials as conductive part, e.g. graphite, carbon fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明一种褶皱多面体状硫化钴电极材料的制备方法，包括以下步骤，步骤1，将四水合乙酸钴和硫脲溶于乙醇中，得到溶液A；溶液A中Co2+和S2‑的摩尔比为1:(0.5‑0.7)；步骤2，将浓度为0.4mol/L‑0.8mol/L的2‑甲基咪唑加入到溶液A中，制成混合溶液；溶液A与2‑甲基咪唑水溶液体积比为(6‑8):(2‑3)；步骤3，在混合溶液中加入碳布，并加热进行反应；步骤4，反应结束后，将碳布取出清洗干燥后，得到褶皱多面体状硫化钴电极材料。通过使用碳布作为自支撑基体，在碳布表面生长硫化钴，减少制作步骤，在制备过程中加入2‑甲基咪唑水溶液，使多余的钴源充分反应形成Co‑MOF前驱体，硫化钴生长在Co‑MOF片表面，使Co‑MOF片重组形成多面体结构，形成多面体状结构。

Description

一种褶皱多面体状硫化钴电极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电化学领域，具体为一种褶皱多面体状硫化钴电极材料的制备方法。
背景技术
钾离子电池在最近几年受到了部分研究者的关注，主要由于钾具有丰富的储量与广泛的来源，且具有与锂、钠相似的物理化学性质。K/K+的标准电极电位要更加接近于Li/Li+，使得钾离子电池比钠离子电池在输出电压方面和容量方面更加有优势。但钾离子的半径相比锂和钠较大，因此钾离子在大多数锂离子电池的负极材料中无法实现可逆插层/脱嵌，导致材料的电化学性能较差。因此设计合适钾离子的电极材料显得尤为重要。
纳米结构的金属硫化物作为新型的能量储存材料，有良好的电化学性能。有研究人员采用两步水热法合成了Co9S8纳米管，即先用CoCl2·6H2O和CO(NH2)2进行水热反应合成了前躯体Co(CO3)0.35Cl0.20(OH)1.10纳米棒，然后再让前躯体与Na2S溶剂水热反应得到Co9S8纳米管。合成的Co9S8纳米管的直径是在150-300nm左右，纳米管长度在几微米到十几个微米之间。目前，硫化钴系物质，特别是Co9S8极大程度上应用于光/电催化领域，但大部分的合成手段操作步骤十分复杂，且采用的原料不易获取。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种褶皱多面体状硫化钴电极及其制备方法，操作简单，结构特殊，易于制备，得到的电极材料具有优异的电化学性能。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种褶皱多面体状硫化钴电极材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1，将四水合乙酸钴和硫脲溶于乙醇中，得到溶液A；溶液A中Co2+和S2-的摩尔比为1:(0.5-0.7)；
步骤2，将浓度为0.4mol/L-0.8mol/L的2-甲基咪唑加入到溶液A中，制成混合溶液；溶液A与2-甲基咪唑水溶液体积比为(6-8):(2-3)；
步骤3，在混合溶液中加入碳布，并加热进行反应；
步骤4，反应结束后，将碳布取出清洗干燥后，得到褶皱多面体状硫化钴电极材料。
优选的，所述溶液A和混合溶液在制备时进行搅拌，搅拌转速均为700r/min-800r/min，搅拌时间均为20min-30min。
优选的，步骤3中，所述碳布加入混合溶液前进行预处理，先用丙酮进行超声清洗2-4h，然后将碳布放置在浓硝酸中浸泡2-5h，再用去离子水和无水乙醇交替清洗后干燥。
优选的，所述步骤3中，将混合溶液和碳布加入到水热反应釜中，再加热进行反应；混合溶液和碳布放入水热反应釜中的填充度为40-60％。
优选的，步骤3中，加热处理的温度为90-120℃，加热的反应时间为8-10h。
优选的，所述步骤4中，将碳布取出后，清洗过程中对碳布用去离子水和乙醇反复交替清洗3-6次。
优选的，所述步骤4中，干燥为冷冻干燥，先将清洗后的碳布在温度-40℃至-50℃冷冻2-5h，然后进行抽真空到8-15pa，干燥15-20h。
一种褶皱多面体状硫化钴电极材料，基于上述任意一项所述的方法制备得到。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种褶皱多面体状硫化钴电极的制备方法，通过在制备过程中使用碳布作为自支撑基体，在碳布表面生长硫化钴，在制备过程中无需粘结剂和导电剂，减少制作步骤，降低生产电极材料的成本，提高了电极质量。并且碳布具有良好的柔韧性和导电性，能有效地缓解活性材料在充放电过程中的体积变化，从而提升其导电性能。通过在制备过程中加入2-甲基咪唑水溶液，可以使多余的钴源充分反应形成Co-MOF前驱体，在加热过程中，硫化钴可以生长在Co-MOF片表面，通过加热使Co-MOF片重组形成多面体结构，同时在其表面生长硫化钴，形成多面体状结构。
进一步的，步骤3中，所述碳布加入混合溶液前进行预处理，先用丙酮进行超声清洗2-4h，然后将碳布放置在浓硝酸中浸泡2h，再用去离子水和无水乙醇交替清洗。通过对碳布进行酸处理，在浓硝酸的作用下，碳布表面发生氧化反应，提高表面性能。处理后碳纤维表面产生一定的刻蚀，提高碳纤维比表面积，并且碳纤维表面含氧官能团增多，增大碳纤维与活性物质之间的化学键合，进而改善界面的结合强度。
进一步的，步骤3中，加热处理的温度由室温升至为90-120℃，加热的反应时间为8-10h。Co-MOF片在高温下会变成碳骨架结构，为钾离子嵌入和脱出提供一定的通道，提高材料的电化学性能。
进一步的，步骤4中清洗是对碳布用去离子水和乙醇反复交替清洗3-6次。用去离子水可以除去无机杂质，乙醇可以除去有机杂质。
进一步的，步骤4中干燥为冷冻干燥，先将清洗后的碳布在温度-40℃冷冻2-5h，然后进行抽真空到8-15pa，干燥15-20h。采用冷冻干燥可以保证充分除去水分，使硫化钴褶皱多面体结构在碳布上完整保留。
附图说明
图1为本发明实施例1制备产物的X射线衍射图。
图2为本发明实施例1制备产物的扫描电镜图。
图3为本发明实施例1制备产物的循环测试性能图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种褶皱多面体状硫化钴电极材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1，将四水合乙酸钴和硫脲溶于乙醇中，得到溶液A；溶液A中Co2+和S2-的摩尔比为1:(0.5-0.7)；
步骤2，将浓度为0.4-0.8mol/L的2-甲基咪唑加入到溶液A中，制成混合溶液；溶液A与2-甲基咪唑水溶液体积比为(30-40):(10-15)；
步骤3，在混合溶液中加入碳布，并加热进行反应；
步骤4，反应结束后，将碳布取出清洗干燥后，得到褶皱多面体状硫化钴电极材料。
本发明中通过在制备过程中使用碳布作为自支撑基体，在碳布表面生长硫化钴。自支撑电极在制备过程中无需粘结剂和导电剂，减少制作步骤，降低电极材料的重量和生产成本，提高了电极质量。此外，碳布具有良好的柔韧性和导电性，能有效地缓解活性材料在充放电过程中的体积变化，从而提升其性能。本发明中控制无水乙醇与2-甲基咪唑水溶液的体积比，以及2-甲基咪唑水溶液的浓度，保证加入2-甲基咪唑水溶液后，可以使多余的钴源充分反应形成Co-MOF金属有机框架材料前驱体，在烘箱中加热过程中，硫化钴可以生长在Co-MOF片表面，同时片状结构重组，形成多面体状结构。Co-MOF片在高温下会变成碳骨架结构，为钾离子嵌入和脱出提供一定的通道，提高材料的电化学性能。
本发明步骤3中，碳布加入混合溶液前进行预处理，先用丙酮进行超声清洗2-4h，然后将碳布放置在浓硝酸中浸泡2-5h，再用去离子水和无水乙醇交替清洗后，在烘箱60℃-70℃中干燥12-15h即可。对碳布进行酸处理，在浓硝酸的作用下，碳布表面发生氧化反应，提高表面性能。处理后碳纤维表面产生一定的刻蚀，提高碳纤维比表面积，并且碳纤维表面含氧官能团增多，增大碳纤维与活性物质之间的化学键合，进而改善界面的结合强度。
本发明步骤4中，将碳布取出后，清洗过程中对碳布用去离子水和乙醇反复交替清洗3-6次。然后进行冷冻干燥，先将清洗后的碳布在温度-40℃冷冻2-5h，然后进行抽真空到8-15pa，干燥15-20h。中最终产物用去离子水可以除去无机杂质，乙醇可以除去有机杂质。采用冷冻干燥在真空度8-15pa下，干燥15-20h，可以保证充分除去水分，使硫化钴褶皱多面体结构在碳布上完整保留。
实施例1：
1)将钴源和硫源摩尔比为1:0.5的四水合乙酸钴和硫脲溶于无水乙醇中，在700r/min磁力搅拌20min得到澄清溶液A；
2)将2-甲基咪唑加入到去离子水中，配制溶液浓度为0.4mol/L，磁力搅拌20min得到澄清溶液B；无水乙醇与2-甲基咪唑水溶液体积比为30mL:10mL；
3)将溶液A和溶液B混合加入到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，同时加入预处理过的碳布，放置烘箱中进行加热处理；加热处理的温度由室温升至90℃，加热的反应时间为10h；混合溶液和预处理过的碳布放入水热反应釜的填充度为40％。碳布的预处理先用丙酮进行超声2h，然后将碳布取出放置在浓硝酸中浸泡2h，再用去离子水和无水乙醇交替清洗后，在烘箱60℃中干燥12即可。
4)反应结束后冷却至室温，将碳布取出用去离子水和乙醇反复交替清洗3-6次，然后进行冷冻干燥，先在温度-40℃左右冷冻2h，然后进行抽真空到8pa，干燥15h。即得到褶皱多面体状硫化钴电极材料。
从图1可以看出本发明实施例1制备产物的X射线衍射图谱，其出峰位置与PDF#86-2273相对应，即为Co9S8。X射线衍射图谱中说明了合成出来的产物是Co9S8，且出现了碳布的峰值，证明Co9S8与碳布结合良好。
从图2可以看出本发明实施例1制备产物生长在碳布上，形貌为褶皱多面体状，多面体上片状大小在500nm左右。褶皱多面体状的硫化钴生长在碳布上，不需要使用粘结剂，并且避免了硫化钴在电极使用过程中容易脱落的风险，提升了稳定性，且碳布具有很好的柔韧性。褶皱多面体状的硫化钴能够极大提高电化学比表面积、暴露活性位点，有效地缓解活性材料在充放电过程中的体积变化。
从图3可以看出本发明实施例1制备产物作为钾离子电池负极材料的循环测试图，在1A/g电流密度下循环测试200圈后，容量还能保持在310mAh/g，在同类材料中相比，具有良好的循环稳定性。本发明实施例1制备的产物，碳布可以缓解硫化钴在充放电过程中产生的体积膨胀，能够承载部分粉碎的硫化钴。电解液可以充分浸透无粘接剂的电极材料，提供更多的活性位点，提升活性材料的利用率。同时Co-MOF结构作为中间体，在高温下形成碳骨架，为K+快速嵌入和脱出提供了通道。在大电流的冲击下，循环200圈，容量保持在310mAh/g，作为钾离子电池负极材料，其容量较高，且相对稳定。
实施例2：
1)将钴源和硫源摩尔比为1:0.55的四水合乙酸钴和硫脲溶于无水乙醇中，在700r/min磁力搅拌20min得到澄清溶液A；
2)将2-甲基咪唑加入到去离子水中，配制溶液浓度为0.5mol/L，磁力搅拌20min得到澄清溶液B；无水乙醇与2-甲基咪唑水溶液体积比为32mL:11mL；
3)将溶液A和溶液B混合加入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，同时加入预处理过的碳布，放置烘箱中进行加热处理；加热处理的温度由室温升至100℃，加热的反应时间为8h；混合溶液和预处理过的碳布放入水热反应釜的填充度为45％。碳布的预处理先用丙酮进行超声3h，然后将碳布取出放置在浓硝酸中浸泡3h，再用去离子水和无水乙醇交替清洗后，在烘箱70℃中干燥12h即可。
4)反应结束后冷却至室温，将碳布取出用去离子水和乙醇反复交替清洗3-6次，然后进行冷冻干燥，先在温度-40℃左右冷冻3h，然后进行抽真空到10pa，干燥15h。即得到褶皱多面体状硫化钴电极材料。
实施例3：
1)将钴源和硫源摩尔比为1:0.6的四水合乙酸钴和硫脲溶于无水乙醇中，在750r/min磁力搅拌25min得到澄清溶液A；
2)将2-甲基咪唑加入到去离子水中，配制溶液浓度为0.6mol/L，磁力搅拌25min得到澄清溶液B；无水乙醇与2-甲基咪唑水溶液体积比为35mL:12mL；
3)将溶液A和溶液B混合加入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，同时加入预处理过的碳布，放置烘箱中进行加热处理；加热处理的温度由室温升至100℃，加热的反应时间为9h；混合溶液和预处理过的碳布放入水热反应釜的填充度为50％。碳布的预处理先用丙酮进行超声3h，然后将碳布取出放置在浓硝酸中浸泡3h，再用去离子水和无水乙醇交替清洗后，在烘箱65℃中干燥13h即可。
4)反应结束后冷却至室温，将碳布取出用去离子水和乙醇反复交替清洗3-6次，然后进行冷冻干燥，先在温度-40℃左右冷冻3h，然后进行抽真空到10pa，干燥16h。即得到褶皱多面体状硫化钴电极材料。
实施例4：
1)将钴源和硫源摩尔比为1:0.65的四水合乙酸钴和硫脲溶于无水乙醇中，在800r/min磁力搅拌25min得到澄清溶液A；
2)将2-甲基咪唑加入到去离子水中，配制溶液浓度为0.7mol/L，磁力搅拌25min得到澄清溶液B；无水乙醇与2-甲基咪唑水溶液体积比为37mL:14mL；
3)将溶液A和溶液B混合加入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，同时加入预处理过的碳布，放置烘箱中进行加热处理；加热处理的温度由室温升至110℃，加热的反应时间为8h；混合溶液和预处理过的碳布放入水热反应釜的填充度为55％。碳布的预处理先用丙酮进行超声4h，然后将碳布取出放置在浓硝酸中浸泡5h，再用去离子水和无水乙醇交替清洗后，在烘箱65℃中干燥14h即可。
4)反应结束后冷却至室温，将碳布取出用去离子水和乙醇反复交替清洗3-6次，然后进行冷冻干燥，先在温度-45℃左右冷冻5h，然后进行抽真空到15pa，干燥17h。即得到褶皱多面体状硫化钴电极材料。
实施例5：
1)将钴源和硫源摩尔比为1:0.7的四水合乙酸钴和硫脲溶于无水乙醇中，在800r/min磁力搅拌30min得到澄清溶液A；
2)将2-甲基咪唑加入到去离子水中，配制溶液浓度为0.8mol/L，磁力搅拌30min得到澄清溶液B；无水乙醇与2-甲基咪唑水溶液体积比为40mL:15mL；
3)将溶液A和溶液B混合加入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，同时加入预处理过的碳布，放置烘箱中进行加热处理；加热处理的温度由室温升至120℃，加热的反应时间为8h；混合溶液和预处理过的碳布放入水热反应釜的填充度为60％。碳布的预处理先用丙酮进行超声4h，然后将碳布取出放置在浓硝酸中浸泡5h，再用去离子水和无水乙醇交替清洗后，在烘箱70℃中干燥15h即可。
4)反应结束后冷却至室温，将碳布取出用去离子水和乙醇反复交替清洗3-6次，然后进行冷冻干燥，先在温度-50℃左右冷冻5h，然后进行抽真空到15pa，干燥20h。即得到褶皱多面体状硫化钴电极材料。
本发明的制备方法制成的褶皱多面体状硫化钴电极材料，硫化钴生长在碳骨架上，同时碳布具有良好的柔韧性和导电性，能有效地缓解活性材料在充放电过程中的体积变化，从而提升其性能。本发明制备的褶皱多面体状硫化钴电极材料在钾离子电池中作为负极材料使用，具有良好的电化学性能。

Claims (8)

1.一种褶皱多面体状硫化钴电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，将四水合乙酸钴和硫脲溶于乙醇中，得到溶液A；溶液A中Co2+和S2-的摩尔比为1:(0.5-0.7)；
步骤2，将浓度为0.4mol/L-0.8mol/L的2-甲基咪唑加入到溶液A中，制成混合溶液；溶液A与2-甲基咪唑水溶液体积比为(6-8):(2-3)；
步骤3，在混合溶液中加入碳布，并加热进行反应；
步骤4，反应结束后，将碳布取出清洗干燥后，得到褶皱多面体状硫化钴电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种褶皱多面体状硫化钴电极材料的制备方法，其特征在于，所述溶液A和混合溶液在制备时进行搅拌，搅拌转速均为700r/min-800r/min，搅拌时间均为20min-30min。
3.根据权利要求1所述的一种褶皱多面体状硫化钴电极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述碳布加入混合溶液前进行预处理，先用丙酮进行超声清洗2-4h，然后将碳布放置在浓硝酸中浸泡2-5h，再用去离子水和无水乙醇交替清洗后干燥。
4.根据权利要求1所述的一种褶皱多面体状硫化钴电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，将混合溶液和碳布加入到水热反应釜中，再加热进行反应；混合溶液和碳布放入水热反应釜中的填充度为40-60％。
5.根据权利要求1所述的一种褶皱多面体状硫化钴电极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，加热处理的温度为90-120℃，加热的反应时间为8-10h。
6.根据权利要求1所述的一种褶皱多面体状硫化钴电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，将碳布取出后，清洗过程中对碳布用去离子水和乙醇反复交替清洗3-6次。
7.根据权利要求1所述的一种褶皱多面体状硫化钴电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，干燥为冷冻干燥，先将清洗后的碳布在温度-40℃至-50℃冷冻2-5h，然后进行抽真空到8-15pa，干燥15-20h。
8.一种褶皱多面体状硫化钴电极材料，其特征在于，基于权利要求1-7任意一项所述的方法制备得到。
CN202010616183.5A 2020-06-30 2020-06-30 一种褶皱多面体状硫化钴电极材料及其制备方法 Active CN111755695B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010616183.5A CN111755695B (zh) 2020-06-30 2020-06-30 一种褶皱多面体状硫化钴电极材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010616183.5A CN111755695B (zh) 2020-06-30 2020-06-30 一种褶皱多面体状硫化钴电极材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111755695A true CN111755695A (zh) 2020-10-09
CN111755695B CN111755695B (zh) 2021-11-12

Family

ID=72678260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010616183.5A Active CN111755695B (zh) 2020-06-30 2020-06-30 一种褶皱多面体状硫化钴电极材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111755695B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113206253A (zh) * 2021-04-29 2021-08-03 陕西科技大学 一种泡沫铜钾离子电池材料和制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105289658A (zh) * 2015-10-23 2016-02-03 吉林大学 一种碳纤维负载硫化钴纳米片催化剂及其应用
CN108597898A (zh) * 2018-04-10 2018-09-28 宁波大学 一种硫化钴锌纳米材料的制备方法
CN109192952A (zh) * 2018-09-06 2019-01-11 中国科学技术大学 一种二硫化钴/碳纳米纤维复合材料及其制备方法
CN109835937A (zh) * 2017-11-29 2019-06-04 中国科学院大连化学物理研究所 金属有机骨架化合物衍生的金属硫化物纳米片及其制备
CN109873156A (zh) * 2019-02-18 2019-06-11 上海交通大学 一种高容量镁二次电池硫化钴正极材料的制备方法及其电池组装

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105289658A (zh) * 2015-10-23 2016-02-03 吉林大学 一种碳纤维负载硫化钴纳米片催化剂及其应用
CN109835937A (zh) * 2017-11-29 2019-06-04 中国科学院大连化学物理研究所 金属有机骨架化合物衍生的金属硫化物纳米片及其制备
CN108597898A (zh) * 2018-04-10 2018-09-28 宁波大学 一种硫化钴锌纳米材料的制备方法
CN109192952A (zh) * 2018-09-06 2019-01-11 中国科学技术大学 一种二硫化钴/碳纳米纤维复合材料及其制备方法
CN109873156A (zh) * 2019-02-18 2019-06-11 上海交通大学 一种高容量镁二次电池硫化钴正极材料的制备方法及其电池组装

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUANGYAO MA等: "Carbon-coated mesoporous Co9S8 nanoparticles on reduced graphene oxide as a long-life and high-rate anode material for potassium-ion batteries", 《NANO RESEARCH》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113206253A (zh) * 2021-04-29 2021-08-03 陕西科技大学 一种泡沫铜钾离子电池材料和制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111755695B (zh) 2021-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gao et al. Energy storage applications of biomass-derived carbon materials: batteries and supercapacitors
Muraliganth et al. Facile synthesis of carbon-decorated single-crystalline Fe3O4 nanowires and their application as high performance anode in lithium ion batteries
CN108217733B (zh) 一种碳-二氧化锰复合材料的制备方法
CN112563471B (zh) 一种二硫化钴/碳空心纳米花复合材料的制备方法及所制备的复合材料
Su et al. Sulfides/3D reduced graphene oxide composite with a large specific surface area for high-performance all-solid-state pseudocapacitors
CN111276679A (zh) 用于钠离子电池负极材料的双碳复合硫化钼复合材料及制备方法
CN111785971B (zh) 一种MWCNT/PCN/Co3O4复合纳米材料的制备方法及锂硫电池正极材料
CN112786865A (zh) 一种MoS2准量子点/氮硫共掺杂生物质碳复合纳米材料的制备方法和应用
CN111755695B (zh) 一种褶皱多面体状硫化钴电极材料及其制备方法
CN110156080B (zh) 一种碳布生长v5.45s8单晶纳米片的制备方法及其应用
Li et al. Facile solvothermal synthesis of Co1− xS@ CNTs/AC nanocomposite as integrated electrode for high-performance hybrid supercapacitors
Hu et al. SnO2 nanosheets grow on sunflower shell carbon sphere used as anode material for high performance lithium-ion and potassium-ion batteries
CN109301246B (zh) 一种硫掺杂硬碳材料、其制备方法及其作为负极的钾离子电池
CN113782713B (zh) MoS2纳米片垂直内嵌生物碳纳米复合材料及其制备方法与应用
CN113594427B (zh) 一种MoS2-MoP量子点@碳复合钠离子电池负极材料及其制备方法
Wang et al. Promising sustainable technology for energy storage devices: Natural protein-derived active materials
Feng et al. Core–shell structured MnSiO 3 supported with CNTs as a high capacity anode for lithium-ion batteries
CN110391400A (zh) 一种柔性自支撑硅/超长二氧化钛纳米管电极的制备方法
CN106981626B (zh) 一种二硫化钨/Super P钠离子电池自支撑负极的制备方法
Hu et al. A state-of-the-art review on biomass-derived carbon materials for supercapacitor applications: From precursor selection to design optimization
CN110993359B (zh) 一种柔性固态非对称超级电容器件及其制备方法与应用
CN113241440B (zh) 一种二硫化钼/硫掺杂石墨烯复合材料及其制备方法和应用
CN108987746A (zh) 一种超小颗粒固定三维多孔纳米网状结构MoS2复合粉体及其制备方法和应用
CN115084509A (zh) 钾离子电池用硒硫化铟/碳负极材料的制备方法及应用
CN110776017B (zh) 一种蛛网状硫化钴粉体及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant