[发明专利]一种铜钴硫超细粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学和新能源材料技术领域，尤其涉及一种铜钴硫超细粉的制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池的相关研究已经引起了人们的广大关注和兴趣，其中，尤为关注如何得到高性能的锂离子电池负极材料。众所周知，锂离子电池的负极材料，需具有输出电压高、能量密度大、放电电压平稳、循环工作寿命长等必不可少的特点。然而，现存的商业化碳基石墨负极材料的理论比容量仅为372mAh/g，而且差的循环稳定性和低的库仑效率，也使得碳基石墨负极材料不能满足当今能源的需求。所以，发展一种新的具有高容量、良好的电导性、稳定的电化学性能的锂离子电池负极材料已经成为一件迫在眉睫的事情。

目前的相关研究中，过渡金属硫化物已经引起了人们的注意，因为它们具有优异的物理及化学性能（Adv.Mater.2015,27,3038-3044;J.Mater.Chem.A2012,22,19-30）。2011年，湖南大学的王太宏课题组制备了卷心菜形状三元复合硫化物铜锡硫Cu₂SnS₃，但其制备方法是将反应中间物在氩气氛围中高温煅烧而得到，经济成本较高（Nanoscale,2011,3,4389-4393）。2013年，华中科技大学的江建军课题组制备了镍钴硫NiCo₂S₄空心纳米管，但是所需步骤较多，实验过程繁琐（CrystEngComm2013,15,7649-7651）。随后，其他实验组选用活性较高的原料，采用离子交换法或高温焙烧法等来制备目标产物，但这些实验过程均比较复杂，不利于大规模生产（NewJ.Chem.2014,38,4045-4048；NanoLett.2014,14,831-838）。

在过渡金属硫化物中，铜基和钴基硫化物以其原料丰富、廉价易得、耐腐蚀性好和环境友好型等特点，有望成为新一代锂离子电池负极材料（J.PowerSources2015,294,643-649;Small2015,11,2511-2517;J.Mater.Chem.A2015,3,10677-10680）。研究表明，硫化钴CoS₂具有较高的理论容量（870mAh/g），而硫化铜CuS具有良好的导电性(10^-3S/cm)。但是到目前为止，关于铜钴硫（Cu-Co-S）三元复合物的研究报道十分有限，更没有关于纳米级的铜钴硫超细粉的任何报道。这可能是因为反应中铜和钴两种阳离子的原子半径差别较大，反应时如若没有最佳的反应条件，则难以形成预期的三元复合物；而且铜和钴前驱体的反应活化往往相差较大，反应产物中难免会存在各种各样的杂质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜钴硫超细粉的制备方法，其制备方法简单，易于工业化生产，且其所制得的铜钴硫超细粉具有优良的电化学性质，拥有较高的比容量和良好的循环稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种铜钴硫超细粉的制备方法，其特征在于：所述铜钴硫超细粉为铜钴硫三元复合硫化物CuCo₂S₄固体粉末，它为黑褐色或黑色，无定形或立方晶相，其粉体尺寸在数十纳米到数十微米量级10^-5～10^-8m；其制备方法，可采用二价铜盐、二价钴盐和有机硫化物，经一步水热法而合成。所谓一步水热法，即将反应前驱体于水热反应釜中，在一定的实验条件下制备出反应产物的方法，是本领域的一种常规方法。

作为进一步明确，上述二价铜盐、上述二价钴盐和上述有机硫化物的用量，按照摩尔比为1:(1.5～3):(4～8)的比例设置。若上述各个物质的用量超出所限定的比例范围，而选择其它实验参数或任何比例范围，均有可能导致产物铜钴硫化合物中含有氧化铜、氧化钴、硫化铜、硫化钴或钴酸铜等杂质。

作为更进一步明确，上述制备方法，可具体按照以下步骤进行：

（1）将二价铜盐、二价钴盐和有机硫化物，按照摩尔比为1:(1.5～3):(4～8)的比例溶解到溶剂中；

（2）将经步骤（1）得到的混合液于160～220?C条件下反应5～24h。将上述各个物质于该反应温度和反应时间下反应，即可制得纯化的铜钴硫超细粉，避免了反应过程中产生氧化铜、氧化钴、硫化铜、硫化钴或钴酸铜等杂质。

作为进一步优化，上述制备方法，具体按照以下步骤进行：

（1）将二价铜盐、二价钴盐和有机硫化物，按照摩尔比为1:(1.5～3):(4～8)的比例溶解到溶剂中；