CN111952561A - 自模板法合成的CoIn2S4@CPAN微球复合材料及其方法 - Google Patents
自模板法合成的CoIn2S4@CPAN微球复合材料及其方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111952561A CN111952561A CN202010768480.1A CN202010768480A CN111952561A CN 111952561 A CN111952561 A CN 111952561A CN 202010768480 A CN202010768480 A CN 202010768480A CN 111952561 A CN111952561 A CN 111952561A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coin
- core
- composite material
- hours
- shell structure
- 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.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 102100038023 DNA fragmentation factor subunit beta Human genes 0.000 title claims abstract 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims description 5
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims abstract description 42
- PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K indium(iii) chloride Chemical compound Cl[In](Cl)Cl PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 14
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims abstract description 14
- YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Chemical compound CC(N)=S YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Natural products CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 10
- RBNPOMFGQQGHHO-UWTATZPHSA-N D-glyceric acid Chemical compound OC[C@@H](O)C(O)=O RBNPOMFGQQGHHO-UWTATZPHSA-N 0.000 claims abstract description 9
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N glycerol Substances OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 2
- 239000006255 coating slurry Substances 0.000 claims description 2
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 abstract description 10
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- -1 Transition metal sulfides Chemical class 0.000 description 3
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000013500 performance material Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 description 1
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
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G51/00—Compounds of cobalt
- C01G51/006—Compounds containing, besides cobalt, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- 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
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- 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
- H01M4/36—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
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- 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
- 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)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种自模板法合成的CoIn2S4@CPAN微球复合材料及其方法，该复合材料由大量高度均匀的微球组成，微球中，CoIn2S4具有核壳结构，碳化聚丙烯腈包覆在CoIn2S4外表面，形成微球结构，其方法为：以Co(NO3)2·6H2O和InCl3·4H2O为原料,1,2,3‑丙三醇溶液和异丙醇为溶剂，180℃下水热反应24小时，得到Co‑In甘油酸酯前体，以该前体和硫代乙酰胺为原料，水为溶剂，80℃下水热反应12小时，得到核壳结构的CoIn2S4，与聚丙烯腈在N2氛围下600℃煅烧5小时获得所述的复合材料。该方法能够合成具备核壳结构的双过渡金属硫化物，同时与碳材料复合来增加它的导电性能；此外，碳材料特殊的骨架结构还能够有效地缓冲双过渡金属硫化物电极材料在电化学过程中的体积效应，从而提高其稳定性。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及合成一种核壳结构的CoIn2S4@CPAN（碳化聚丙烯腈）微球的方法。
背景技术
在锂离子电池的材料组件中，负极材料的性能优劣极大地影响着整个电池的性能。使用比较普遍的石墨负极由于其优异的导电性能和循环稳定性已经大规模商业化，但其容量（372毫安时/克）太低以至于不能运用于电动/插电式混合动力车等大功率设备。因此，对高能量密度和高功率密度的电池材料的迫切需求需要更高性能的材料。作为无机材料家族中的重要成员，过渡金属硫化物因其特殊的电学、光学、催化以及机械性能等，得到了人们广泛的关注和研究。特别是在储能领域，过度金属硫化物已被用作超级电容器和锂离子电池的电极材料。
与氧化物相比，硫化物具有更好的导电性能，有利于锂离子在充放电过程中的传输。然而，它们依然存在着体积膨胀大以致在循环过程中结构不稳定的缺点。因此，为了发挥硫化物类锂离子电池负极材料的优势，有必要在它们的基础上进行改性以获得更好的电化学性能。比较常见的做法是将金属硫化物与碳材料复合，这样在增加它的导电性能的同时，碳材料特殊的骨架结构还能够有效地缓冲双过渡金属硫化物电极材料在电化学过程中的体积效应，从而获得具有较好循环性能和倍率性能的硫化物类锂离子电池电极材料。
在各种制备方法中，选择性蚀刻法或溶解模板法已被普遍接受用于生产核壳结构粉体。然而，多步法的合成过程和去除模板过程中空心壳体的局部坍塌问题限制了该方法的应用。因此，迫切需要开发一种简便而有效的方法来合成核壳结构的纳米材料。但是，容量的快速下降和倍率性能的差极大地限制了核壳结构粉体的应用。因此，许多方法被提出来提高电化学，通过包覆碳质材料、改变微纳米结构、或增加核壳结构粉体的层间距离等方法，是提高其电化学性能最有效、最直接的策略之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种自模板法合成核壳结构的CoIn2S4@CPAN微球复合材料的方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种CoIn2S4@CPAN微球复合材料，该复合材料由大量高度均匀的微球组成，微球中，CoIn2S4具有核壳结构，碳化聚丙烯腈（CPAN）包覆在CoIn2S4外表面，形成微球结构。
较佳的，CoIn2S4呈核壳结构，核直径为250 nm，壳厚度为125 nm，微球直径为250+125*2=500 nm。
上述CoIn2S4@CPAN微球的合成方法，以Co(NO3)2·6H2O和InCl3·4H2O为原料, 1,2,3-丙三醇溶液和异丙醇为溶剂，水热釜中180摄氏度下反应24小时，得到Co-In甘油酸酯前体，以该前体和硫代乙酰胺（TAA）为原料，水为溶剂，水热釜中80摄氏度下反应12小时，得到核壳结构的CoIn2S4，与聚丙烯腈在N2氛围下600摄氏度煅烧5小时获得CoIn2S4@CPAN微球复合材料。
较佳的，Co(NO3)2·6H2O和InCl3·4H2O的摩尔比为1：1。
较佳的，Co-In甘油酸酯与硫代乙酰胺的质量比为1：2。
较佳的，CoIn2S4与聚丙烯腈的质量比7：3。
本发明还提供了上述CoIn2S4@CPAN微球复合材料作为锂离子电池负极材料的用途。
本发明还提供了一种锂离子电池，包含上述CoIn2S4@CPAN微球复合材料制成的负极，所述负极具体过程如下：以CoIn2S4@CPAN复合物作为活性材料，炭黑作为导电剂，PVDF作为粘结剂，三种物质的比例为7:2:1，磁力搅拌8小时，利用涂布机将浆料均匀涂布在铜箔上，80摄氏度保温8小时，干燥后切成CoIn2S4@CPAN电极片，然后120摄氏度真空干燥12小时，在手套箱中作为负极组装电池。
本发明与现有技术相比具有以下显著特点：
（1）设计合成得到核壳结构的CoIn2S4@CPAN。
（2）本发明将CoIn2S4@CPAN作为锂离子电池负极活性材料组装电池，并测试它的电化学性能。目前，还未见研究CoIn2S4用作锂离子电池负极材料的研究。
（3）本发明所使用的材料环境友好，不会造成对环境的污染问题，易于在工业上推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例产物核壳结构的CoIn2S4@CPAN和现有技术普通CoIn2S4粉末、核壳结构的CoIn2S4、核壳结构的CoIn2S4@C的X射线衍射对比图。
图2为实施例中Co-In甘油酸酯前体硫化后得到的核壳结构CoIn2S4的(a)扫描电镜和(b)透射电镜图。
图3为CoIn2S4@CPAN作锂离子电池负极材料的充放电数据，其中，a为不同样品在0.1 安/克电流密度下的循环充放电数据，b为是不同样品在0.1安/克至10安/克下的倍率性能图。
具体实施方式
为了使本发明更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行详细说明。
结合当前过渡金属硫化物的研究现状，我们选取了从未被用作锂离子电池负极材料的CoIn2S4为对象，并通过自模板法合成了核壳结构的CoIn2S4@CPAN微球复合材料。随后将该材料用作锂离子电池负极材料。电化学装置的性能高度依赖于具有适当结构的电极材料的精细设计。该方法能够合成具备核壳结构的双过渡金属硫化物，同时与碳材料复合来增加它的导电性能；此外，碳材料特殊的骨架结构还能够有效地缓冲双过渡金属硫化物电极材料在电化学过程中的体积效应，从而提高其稳定性。
实施例
将291毫克Co(NO3)2·6H2O、294毫克InCl3·4H2O和150毫克硫代乙酰胺（TAA）溶于50毫升水中，充分搅拌后转移至100毫升水热釜中，并在80度的烘箱内反应2小时，待冷却至接近室温时，对水热釜内的产物进行离心洗涤操作，干燥后即可得到普通CoIn2S4粉末。
分别称量1毫摩尔的Co(NO3)2·6H2O与1毫摩尔的InCl3·4H2O，随后将其溶解在经过长时间混合的7.5 毫升的1,2,3-丙三醇溶液和52.5 毫升的异丙醇溶液中，充分搅拌后转移至100 毫升水热釜并在180度下反应24小时，得到Co-In甘油酸酯前体，随后称取150毫克的Co-In甘油酸酯前体样品和300毫克的TAA，溶于60毫升水中在80度下反应12小时，得到核壳结构的CoIn2S4。
将上述制备的核壳结构的CoIn2S4，在N2氛围内，在600度的高温下煅烧5小时（升温速率维持在5度/分钟），获得核壳结构的核壳结构的CoIn2S4@C。
将上述制备的核壳结构CoIn2S4和聚丙烯腈按照7:3的质量比准确称量，研磨均匀后转移至管式炉中，在N2氛围内，在600度的高温下煅烧5小时（升温速率维持在5度/分钟），获得核壳结构的CoIn2S4@CPAN复合物。
图1是为本发明实施例产物核壳结构的CoIn2S4@CPAN复合物和普通CoIn2S4粉末，核壳结构的CoIn2S4，核壳结构的CoIn2S4@C的X射线衍射对比图。根据图中清晰的衍射峰，所有样品观察到的衍射峰都与立方尖晶石相的CoIn2S4（ICSD＃36448）的标准卡片一致。粉末X射线衍射峰表现出尖锐明确的特征且图中没有发现其它物相的衍射峰，表明所制备样品的纯度和结晶度良好。位于14.3°、23.5°、27.8°、33.6°、44.2°和48.3°的特征峰可归属于CoIn2S4相的（111）、（220）、（311）、（400）、（511）和（440）晶面。
图2 是核壳结构的CoIn2S4的(a)扫描电镜和(b)透射电镜图，可以看出，CoIn-甘油酸酯球硫化后的样品由大量高度均匀的微球组成，没有任何副产物，例如大块或非球形，表面粗糙，尺寸略微增大，且球与球之间发生粘连现象。这是由于在水热过程中，TAA作为硫源首先附着在CoIn-甘油酸酯球表面，随着水热温度的升高逐渐硫化并形成核壳结构的CoIn2S4，同时球体表面包裹着一层薄的无序堆积的层状物质，该层状物质是TAA高温硫化反应后的残余。由透射电镜图可以清晰地看到核壳结构的CoIn2S4是由直径在250纳米左右的核和厚度在125纳米左右的壳构成的微球。整个核壳结构微球的直径约500纳米。并且球的表面是由紧密连接的小纳米晶体组成的，这种结构在电化学活性CoIn2S4和电解质离子之间提供了较大的界面面积，并为快速的离子扩散提供了较短的扩散路径，这对于能量存储是非常需要的。
图3为CoIn2S4@CPAN用作锂离子电池负极材料的充放电测试数据。图3(a)描绘了不同样品的循环性能，数据表明在0.1安/克下，普通CoIn2S4粉末、核壳结构CoIn2S4微球、核壳结构CoIn2S4@C微球和核壳结构CoIn2S4@CPAN微球复合材料样品在250个循环后电池分别具有约278.4、520.4、423.5和779.8毫安时/克的比容量，与普通CoIn2S4粉末样品相比，CoIn2S4@CPAN样品显示出更好的循环稳定性和更高的可逆容量。图3总结并比较了不同样品在0.1安/克至10安/克下的倍率性能。初始放电容量是在电流密度为0.1安/克的电流密度下测试得到的。从图3(b)中可以看出，在0.1安/克，普通CoIn2S4粉末，核壳结构的CoIn2S4微球，核壳结构的CoIn2S4@C微球和核壳结构的CoIn2S4@CPAN微球复合材料样品分别提供约394.1、481.3、550.7和673.8毫安时/克的可逆容量。并且在随后的测试中，每种样品的容量和电流密度都是呈反比规律变化的。当电流密度提高到5安/克时，电极的可逆容量分别变为106.5、155.5、169.9和348.3毫安时/克。当电流密度恢复至0.1安/克时，CoIn2S4@CPAN样品的放电容量可接近恢复到原始的放电容量，这表明所制备材料结构稳定性良好。尽管由于极化，样品的容量随电流密度的增加而降低，但是毫无疑问，核壳结构CoIn2S4样品的倍率性能都优于普通CoIn2S4粉末，而CoIn2S4@CPAN最佳，在0.1、0.2、0.5、1.0和5.0安/克的电流密度下，可分别提供673.8、518.4、425.4、352.9和348.1毫安时/克的放电容量。这表明核壳结构的设计以及PAN基质的包覆确实对电极材料的倍率性能具有积极影响。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种CoIn2S4@CPAN微球复合材料，其特征在于，该复合材料由大量均匀的微球组成，微球中，CoIn2S4具有核壳结构，碳化聚丙烯腈包覆在CoIn2S4外表面，形成微球结构。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，CoIn2S4呈核壳结构，核直径为250 nm，壳厚度为125 nm。
3.如权利要求1或2所述的复合材料的合成方法，其特征在于，以Co(NO3)2·6H2O和InCl3·4H2O为原料, 1,2,3-丙三醇溶液和异丙醇为溶剂，180摄氏度下水热反应24小时，得到Co-In甘油酸酯前体，以该前体和硫代乙酰胺为原料，水为溶剂， 80摄氏度下水热反应12小时，得到核壳结构的CoIn2S4，与聚丙烯腈在N2氛围下600摄氏度煅烧5小时获得所述的复合材料。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，Co(NO3)2·6H2O和InCl3·4H2O的摩尔比为1：1。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，Co-In甘油酸酯与硫代乙酰胺的质量比为1：2。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，CoIn2S4与聚丙烯腈的质量比7：3。
7.如权利要求1或2所述的复合材料作为锂离子电池负极材料的用途。
8.一种锂离子电池，包括如权利要求1或2所述的复合材料制成的负极。
9.如权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极的具体过程如下：以CoIn2S4@CPAN复合物作为活性材料，炭黑作为导电剂，PVDF作为粘结剂，三种物质的质量比例为7:2:1，搅拌8小时，将浆料均匀涂布在铜箔上，80摄氏度保温8小时，干燥后切成电极片，然后120摄氏度真空干燥12小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010768480.1A CN111952561A (zh) | 2020-08-03 | 2020-08-03 | 自模板法合成的CoIn2S4@CPAN微球复合材料及其方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010768480.1A CN111952561A (zh) | 2020-08-03 | 2020-08-03 | 自模板法合成的CoIn2S4@CPAN微球复合材料及其方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111952561A true CN111952561A (zh) | 2020-11-17 |
Family
ID=73339225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010768480.1A Pending CN111952561A (zh) | 2020-08-03 | 2020-08-03 | 自模板法合成的CoIn2S4@CPAN微球复合材料及其方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111952561A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113036121A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-25 | 大连理工大学 | 一种碳包覆过渡金属硫化物纳米花结构、制备方法及其应用 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102284298A (zh) * | 2011-06-24 | 2011-12-21 | 哈尔滨工业大学 | CdS/In2S3/CoS复合光催化剂及其制备方法 |
| JP2012104281A (ja) * | 2010-11-08 | 2012-05-31 | Fukuda Metal Foil & Powder Co Ltd | リチウム二次電池用負極材料及びその製造方法 |
| US20140054492A1 (en) * | 2011-03-02 | 2014-02-27 | Isuzu Glass Co. Ltd | Negative Electrode Material for Lithium Secondary Battery and its Manufacturing Method, and Negative Electrode for Lithium Secondary Battery, and Lithium Secondary Battery |
| CN108346790A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-31 | 中南大学 | 一种内含核壳结构钴基硫化物纳米球的碳纤维的制备方法及其应用 |
| CN108609665A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-10-02 | 安阳师范学院 | 核-壳空心结构锌-钴硫化物纳米球电极材料及其制备方法 |
| CN109607625A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-04-12 | 安阳师范学院 | 核壳镍-钴-锰三元硫化物空心球形电极材料及其制备方法 |
| US20190184380A1 (en) * | 2016-06-20 | 2019-06-20 | Guangdong University Of Technology | A Short Channel Ordered Mesoporous Carbon Loaded Indium Cobalt Sulfide and Indium Nickel Sulfide Ternary Composite Photocatalyst, the Preparation Method Thereof and the Use Thereof |
| CN110336000A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-10-15 | 浙江大学 | 微球状过渡金属硫化物/碳复合材料的制备和应用方法 |
| CN110790322A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-02-14 | 齐鲁工业大学 | 核壳状铁酸镍及制备方法、铁酸镍@c材料及制备方法与应用 |
| WO2020040416A1 (ko) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | 한국과학기술원 | 유연성 포켓 복합 구조체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 전극 및 상기 전극을 포함하는 에너지 저장 디바이스 |
| WO2020041559A1 (en) * | 2018-08-22 | 2020-02-27 | Global Graphene Group, Inc. | Electrochemically stable elastomer-encapsulated particles of cathode active materials for lithium batteries |
-
2020
- 2020-08-03 CN CN202010768480.1A patent/CN111952561A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012104281A (ja) * | 2010-11-08 | 2012-05-31 | Fukuda Metal Foil & Powder Co Ltd | リチウム二次電池用負極材料及びその製造方法 |
| US20140054492A1 (en) * | 2011-03-02 | 2014-02-27 | Isuzu Glass Co. Ltd | Negative Electrode Material for Lithium Secondary Battery and its Manufacturing Method, and Negative Electrode for Lithium Secondary Battery, and Lithium Secondary Battery |
| CN102284298A (zh) * | 2011-06-24 | 2011-12-21 | 哈尔滨工业大学 | CdS/In2S3/CoS复合光催化剂及其制备方法 |
| US20190184380A1 (en) * | 2016-06-20 | 2019-06-20 | Guangdong University Of Technology | A Short Channel Ordered Mesoporous Carbon Loaded Indium Cobalt Sulfide and Indium Nickel Sulfide Ternary Composite Photocatalyst, the Preparation Method Thereof and the Use Thereof |
| CN108346790A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-31 | 中南大学 | 一种内含核壳结构钴基硫化物纳米球的碳纤维的制备方法及其应用 |
| CN108609665A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-10-02 | 安阳师范学院 | 核-壳空心结构锌-钴硫化物纳米球电极材料及其制备方法 |
| WO2020041559A1 (en) * | 2018-08-22 | 2020-02-27 | Global Graphene Group, Inc. | Electrochemically stable elastomer-encapsulated particles of cathode active materials for lithium batteries |
| WO2020040416A1 (ko) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | 한국과학기술원 | 유연성 포켓 복합 구조체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 전극 및 상기 전극을 포함하는 에너지 저장 디바이스 |
| CN109607625A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-04-12 | 安阳师范学院 | 核壳镍-钴-锰三元硫化物空心球形电极材料及其制备方法 |
| CN110336000A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-10-15 | 浙江大学 | 微球状过渡金属硫化物/碳复合材料的制备和应用方法 |
| CN110790322A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-02-14 | 齐鲁工业大学 | 核壳状铁酸镍及制备方法、铁酸镍@c材料及制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SUXIANG GE ET AL.: "A general microwave-assisted nonaqueous approach to nanocrystalline ternary metal chalcogenide and the photoluminescence study of CoIn2S4", 《OPTICAL MATERIALS》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113036121A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-25 | 大连理工大学 | 一种碳包覆过渡金属硫化物纳米花结构、制备方法及其应用 |
| CN113036121B (zh) * | 2021-03-05 | 2022-02-15 | 大连理工大学 | 一种碳包覆过渡金属硫化物纳米花结构、制备方法及其应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2022550265A (ja) | コバルトフリー正極材料、その製造方法及びリチウムイオン電池 | |
| CN113314715B (zh) | 一种硫化镍复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113023794B (zh) | 无钴高镍正极材料及其制备方法、锂离子电池正极及锂离子电池 | |
| CN111129475B (zh) | 一种二氧化钼/碳/二氧化硅纳米球的制备方法及其锂离子电池的负极材料 | |
| CN107248569B (zh) | 以1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺为碳源制得的锑/氮掺杂碳复合物及其制备方法和应用 | |
| CN107681147B (zh) | 一种固态电解质包覆改性锂离子电池正极材料的制备方法与应用 | |
| CN110556530B (zh) | 一种硫化钼/三维大孔石墨烯的制备方法及锂离子电池负极材料 | |
| CN113889617A (zh) | 一种复合结构高锰基材料及其制备方法与应用 | |
| CN112928246B (zh) | 一种复合材料、其制备方法及应用 | |
| CN114094068A (zh) | 钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池 | |
| CN112736233A (zh) | 一种锂离子电池电极活性物质、制备方法及其电极和电池 | |
| CN105977487B (zh) | 手风琴状vs2材料及其制备方法和应用 | |
| CN114843479A (zh) | 一种硅锡纳米材料及其制备方法和应用 | |
| CN111193026A (zh) | 一种梭形氧化铁单晶纳米材料的制备方法 | |
| CN113422032A (zh) | 一种钠离子电池负极材料NiSe2@C微球的制备方法及应用 | |
| CN107317010B (zh) | 一种包覆型磷酸铁锂材料及其制备方法 | |
| CN107195884B (zh) | 一种偏硅酸锂掺杂石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN111533186B (zh) | 一种球形扩层二硫化钼的制备方法及其应用 | |
| CN113571681A (zh) | 一种空心二氧化钛/镍/碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113410459A (zh) | 一种内嵌MoSx纳米片的三维有序大孔类石墨烯炭材料、制备与应用 | |
| CN110683589B (zh) | 一种四氧化三钴纳米材料的制备方法 | |
| CN109786709B (zh) | 一种四氧化三铁/碳复合负极材料及其制备方法和用途 | |
| CN111747449A (zh) | 片状碳基质内部均匀桥接超细MoO2纳米颗粒的电极材料及其制备方法和应用 | |
| CN111952561A (zh) | 自模板法合成的CoIn2S4@CPAN微球复合材料及其方法 | |
| CN114094063B (zh) | 一种利用空腔前驱体与zif衍生物相结合制备电池负极材料的方法 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201117 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |