[发明专利]一种钴硫化合物的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及钴硫化合物，具体是涉及一种钴硫化合物的制备方法及其应用。

背景技术

钴硫化合物，相比于放电平台相近的钛系材料(ACS applied materials&interfaces 2014,6(10),7895-7901.)，其具更低的放电平台、比容量及比能量高的特点，作为二次电池的电极材料更加具有优势。钴硫化合物包括了Co₉S₈、CoS₂、Co₃S₄、CoS等。目前，合成的钴硫化合物具有很多形貌，如蒲公英状的Co₉S₈(ACS Appl.Mater.Interfaces 4(6):2999-3006.)和纳米管状的Co₉S₈(CrystEngComm 12(6):1899-1904.)、多面体状的CoS₂(ACS Appl Mater Interfaces 4(8):4246-4250.)以及片层球状的Co₃S₄(CrystEngComm 15(25):5087-5092.)等等。上述报道的方法通常只能制备某种形貌的钴硫化合物，不具备通用性，而且多为纳米尺度的材料。纳米级的材料因为粒径小，在实际应用中，存在不少问题。例如，在储能体系——作为锂离子电池电极活性材料，纳米级的材料虽然易于锂离子在颗粒之间穿梭而提高材料的倍率性能，但经过长时间循环，材料容易团聚，从而使材料的循环性能变差，较难应用于实际储能体系。

发明内容

本发明的目的是提供一种钴硫化合物的制备方法及其应用。

所述钴硫化合物的制备方法，包括以下步骤：

将水溶性钴源、尿素溶于混合溶剂中形成溶液，反应后得到碳酸钴，煅烧，得到钴氧化物，在还原气氛下与硫源反应，即得微米级钴硫化合物，所述微米级钴硫化合物可为球状钴硫化合物或片层方块状钴硫化合物，所得钴硫化合物可为Co₉S₈、CoS、Co₃S₄、CoS₂等。

所述水溶性钴盐可采用钴的无机盐，钴的无机盐可选自含结晶水的硫酸钴、硝酸钴、乙酸钴、氯化钴等中的至少一种；水溶性钴盐的质量浓度可为5～30mg/mL。

所述尿素的质量浓度可为10～60mg/mL。

所述混合溶剂可选自甘油、水、乙醇、乙二醇等中的至少一种。

所述反应的温度可为100～200℃，反应的时间可为6～18h。

所述煅烧的温度可为300～700℃，煅烧的时间可为2～8h。

所得钴氧化物可为CoO、Co₂O₃、Co₃O₄等。

所述还原气氛可为氢氩混合气、硫化氢气体中的至少一种；在还原气氛下与硫源反应的温度可为280～400℃，在还原气氛下与硫源反应的时间可为4～10h。

所述硫源可选择高温下能产生硫蒸汽或者硫化氢气体的无机物或者有机物中的至少一种，如硫单质或硫脲等。

所述硫源与氧化物的质量比可为(4～1)∶1。

所述钴硫化合物的制备方法制备的钴硫化合物可作为电极活性材料在制备二次电池电极中应用。

所述二次电池电极包括作为电极活性材料的钴硫化合物、导电剂、聚偏二氟乙烯(PVDF)等粘结剂以及导电集流体。

本发明所述电极，可以通过下述方法制备：在本发明提供的特定形貌的钴硫化合物中适当添加导电剂和适量的聚偏二氟乙烯(PVDF)等粘结剂后，用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等溶剂将其溶解分散成含特定形貌的钴硫化合物的合剂组成物即得到电极材料(糊、浆等)，将所述电极材料涂布到铜箔、铝箔等导电集流体的单面或两面，除去溶剂，最终形成特定形貌的钴硫化合物的电极材料带状成形体，即电极。但是电极的制作方法并不限于上述例示的方法。