CN112125322B - 一种硫化锂的绿色高效制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料合成领域，具体涉及一种硫化锂的绿色高效制备方法。针对传统硫化锂制备方法操作复杂，耗能耗时大，条件苛刻等不足，本发明公开了一种利用机械球磨制备硫化锂的方法，所述硫化锂以含锂化合物、单质硫和氢气为原料，通过简单的机械球磨，即可合成纯度较高的硫化锂粉体。本发明操作简单，成本低廉，能够实现工厂化大规模生产，从而满足市场对硫化锂的需求。

Description

一种硫化锂的绿色高效制备方法
技术领域
本发明涉及材料合成领域，具体涉及一种硫化锂的绿色高效制备方法。
背景技术
硫化锂，作为一种锂的硫化物，为白色至黄色晶体，具有反萤石结构。熔点为938℃，沸点为1372℃，易溶于水，可溶于乙醇，能溶于酸却不溶于碱。硫化锂在空气中容易吸收水蒸气而发生水解，放出剧毒硫化氢气体，因此，在使用硫化锂时，通常需要在气氛保护下使用。在空气中加热至300℃时可以被氧气氧化，但不生成二氧化硫，而是生成硫酸锂。
硫化锂是一种用于可充电锂离子电池中潜在的电解质材料，也广泛应用于锂-硫电池正极材料，具有极高的理论容量。现如今，各科研机构对于硫化锂的需求量很大。硫化锂可通过多种方法制取。过去曾用锂与硫单质共同加热进行反应，以及在加热条件下用碳或氢气还原硫酸锂的方法来制取硫化锂。后来发现锂与硫在液氨中作用，或乙氧基锂分解硫氢化锂的乙醇加合物都可以制得硫化锂。此后有人用戊氧基锂与硫化氢反应先制得硫氢化锂，再使硫氢化锂在真空加热分解来制备硫化锂。然而，这些制备方法，或者操作过程复杂，或者需要提供特定的反应条件，耗时耗能，使得硫化锂的价格居高不下，加重了科研人员科研负担，因此，开发一种高效低廉且纯度满足实验室需求的制备硫化锂的方法具有重要意义。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供了一种硫化锂的制备方法，本发明所提供的制备方法条件简单，易于实现工厂化生产，制备成本低，产物硫化锂的纯度较高。
下面对于本发明的技术方案做具体说明。
本发明公开了一种硫化锂的绿色高效制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将含锂物质与单质硫在惰性气氛下均匀混合，并将其转移到球磨罐中；
(2)将球磨罐通过真空泵抽真空后，通入一定量的氢气，以一定的转速球磨反应一定时间；
(3)待球磨结束后，将球磨罐内气体收集并抽真空；
(4)将球磨罐在惰性气氛下打开，取出球磨罐中的固体产物，即得到所需硫化锂粉体。
本发明中，所述步骤(1)中，含锂物质为氨基锂、亚氨基锂、氮化锂的任意一种或多种的混合。
本发明中，所述步骤(1)中，所述单质硫需预先经过干燥处理，使其不含水分。
本发明中，所述步骤(1)中，含锂物质与单质硫的摩尔比为2：(1-3)。
本发明中，所述步骤(1)中，球料比为(10-80)：1。
本发明中，所述步骤(2)中，通入的氢气的量为0.5-100bar。
本发明中，所述步骤(2)中，球磨转速为100-500rpm，球磨时间为1-100h，机械球磨温度为室温，所述室温为0-40℃。
本发明中，所述惰性气氛为不与反应物和生成物反应的气体，具体为氮气、氩气或氦气的任意一种或多种。
本发明中，该制备方法所涉及到的化学反应方程式为：2LiNH2+S+H2→Li2S+2NH3，Li2NH+S+H2→Li2S+NH3，2Li3N+3S+3H2→3Li2S+2NH3。
本发明与现有技术相比，其有益效果主要体现在：
(1)本发明中制备硫化锂的操作简单、高效，成本低，易于实现工业化生产。
(2)本发明利用机械球磨即可完成整个反应，不需要加热，是一种绿色高效地合成方法。
(3)本发明中最终产物为固相和气相，易于目标产物和副产物的分离。
(4)本发明方法制备的硫化锂纯度较高，可应用于锂离子电池领域。
附图说明
图1是本发明实例1制备的硫化锂的X射线衍射图。
具体实施方法
下面以具体实施例对本发明的技术方案进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
室温下，在充满氩气氛围的手套箱中，称取0.2mol的氨基锂和0.1mol升华硫，倒入球磨罐中，球料比为40:1，拧紧密封。利用真空泵将球磨罐抽真空，然后通入10bar的氢气，关闭阀门，将球磨罐放入到球磨机中，在500rpm的转速连续球磨12h。球磨结束后，将球磨罐抽取真空后，在氩气氛围保护下将固体产物从球磨罐中取出，即得到硫化锂，X射线衍射图见图1。
实施例2
室温下，在充满氩气氛围的手套箱中，称取0.1mol的氨基锂和0.1mol升华硫，倒入球磨罐中，球料比为10:1，拧紧密封。利用真空泵将球磨罐抽真空，然后通入100bar的氢气，关闭阀门，将球磨罐放入到球磨机中，在500rpm的转速连续球磨1h。球磨结束后，将球磨罐抽取真空后，在氩气氛围保护下将固体产物从球磨罐中取出，即得到硫化锂。
实施例3
室温下，在充满氦气氛围的手套箱中，称取0.1mol的亚氨基锂和0.1mol升华硫，倒入球磨罐中，球料比为40:1，拧紧密封。利用真空泵将球磨罐抽真空，然后通入5bar的氢气，关闭阀门，将球磨罐放入到球磨机中，在400rpm的转速连续球磨48h。球磨结束后，将球磨罐抽取真空后，在氦气氛围保护下将固体产物从球磨罐中取出，即得到硫化锂。
实施例4
室温下，在充满氩气和氦气氛围的手套箱中，称取0.2mol的氨基锂和0.15mol升华硫，倒入球磨罐中，球料比为60:1，拧紧密封。利用真空泵将球磨罐抽真空，然后通入30bar的氢气，关闭阀门，将球磨罐放入到球磨机中，在500rpm的转速连续球磨20h。球磨结束后，将球磨罐抽取真空后，在氩气氛围保护下将固体产物从球磨罐中取出，即得到硫化锂。
实施例5
室温下，在充满氩气氛围的手套箱中，称取0.2mol的氮化锂和0.3mol升华硫，倒入球磨罐中，球料比为80:1，拧紧密封。利用真空泵将球磨罐抽真空，然后通入80bar的氢气，关闭阀门，将球磨罐放入到球磨机中，在100rpm的转速连续球磨100h。球磨结束后，将球磨罐抽取真空后，在氦气氛围保护下将固体产物从球磨罐中取出，即得到硫化锂。
实施例6
室温下，在充满氩气氛围的手套箱中，将氨基锂与亚氨基锂按照摩尔比1:1混合，得到两种的混合物，然后称取0.1mol的上述混合物和0.1mol升华硫，倒入球磨罐中，球料比为40:1，拧紧密封。利用真空泵将球磨罐抽真空，然后通入5bar的氢气，关闭阀门，将球磨罐放入到球磨机中，在400rpm的转速连续球磨20h。球磨结束后，将球磨罐抽取真空后，在氮气氛围保护下将固体产物从球磨罐中取出，即得到硫化锂。
实施例7
室温下，在充满氩气和氮气氛围的手套箱中，将氨基锂、亚氨基锂和氮化锂按照摩尔比3:2:1混合均匀，得到三种的混合物，然后称取0.2mol的该混合物和0.1mol升华硫，倒入球磨罐中，球料比为40:1，拧紧密封。利用真空泵将球磨罐抽真空，然后通入30bar的氢气，关闭阀门，将球磨罐放入到球磨机中，在300rpm的转速连续球磨48h。球磨结束后，将球磨罐抽取真空后，在氩气氛围保护下将固体产物从球磨罐中取出，即得到硫化锂。
以上仅列举了本发明的优选实施方案，本发明的保护范围并不限制于此，本领域技术人员在本发明权利要求范围内所作的任何改变均落入本发明保护范围内。

Claims (7)

1.一种硫化锂的绿色高效制备方法，包括以下步骤：
（1）将含锂物质与单质硫在惰性气氛下均匀混合，并将其转移到球磨罐中；
（2）将球磨罐通过真空泵抽真空后，通入一定量的氢气，以一定的转速球磨反应一定时间；
（3）待球磨结束后，将球磨罐内气体收集并抽真空；
（4）将球磨罐在惰性气氛下打开，取出固体产物，得到硫化锂粉体；
其中，含锂物质为氨基锂、亚氨基锂、氮化锂的任意一种或多种的混合；
所述步骤（2）中，球磨转速为100-500 rpm，球磨时间为1-100h，机械球磨温度为室温。
2.根据权利要求1所述的一种硫化锂的绿色高效制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述单质硫经过干燥处理，不含水分。
3.根据权利要求1所述的一种硫化锂的绿色高效制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，含锂物质与单质硫的摩尔比为2：（1-3）。
4.根据权利要求1所述的一种硫化锂的绿色高效制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，球料比为(10-80)：1。
5.根据权利要求1所述的一种硫化锂的绿色高效制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，通入的氢气的量为0.5-100 bar。
6.根据权利要求1所述的一种硫化锂的绿色高效制备方法，其特征在于：所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气的任意一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种硫化锂的绿色高效制备方法，其特征在于：该制备方法所涉及到的化学反应方程式为：2LiNH2+S+H2→Li2S+2NH3，Li2NH+S+H2→Li2S+NH3，2Li3N+3S+3H2→3Li2S+2NH3。
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