[发明专利]一种核壳复合型硫化物材料

说明书

本发明涉及一种核壳复合型硫化物材料。所述核壳复合型硫化物材料的内核为二硫化铁，外壳为二硫化钴。本发明形成核壳结构后，材料的的热稳定性显著提高，与纯二硫化铁相比，热分解温度从550℃升高到580至640℃。同时材料的的导电能力性显著提高，与纯二硫化铁相比，电导率成倍增加。本发明所设计和制备的核壳复合型材料可用作热电池正极材料。用作热电池正极材料时，本发明所设计和制备的产品具有热稳定性高、电化学性能好，化学稳定性高、有效容量与功率高等优势。

技术领域

本发明属于特种化学材料,具体涉及一种核壳复合型硫化物材料。

背景技术

热电池是一种以熔融盐作为电解质的特殊电池，热电池具有功率密度大、能量密度高、储存时间长、激活迅速可靠、适用于各种苛刻工作条件、使用简单方便的特点。因此主要用作导弹、制导炸弹、鱼雷等高新技术武器的电源。在民用领域中，热电池作为飞机应急电源、地下高温探矿设备电源、火警电源也有广阔的应用前景。目前广泛使用的正极材料主要是天然黄铁矿二硫化铁(FeS₂)。此材料容量适中，放电电压适中，价格便宜。其问题在于性能与矿点的选择有关。尤其随着热电池负极材料的活性增高(由Li-Al,Li-Si到Li-B合金)，全锂电解质的应用，热电池的运行温度大幅提高，比功率和比能量指标的要求也不断提高，二硫化铁热分解温度低(550℃)，内阻大，自放电严重等问题变得极其突出。成了新的瓶颈问题。二硫化钴热分解温度高(650℃)，内阻小。在高温熔盐电解质中稳定，可使热电池的有效放电容量与功率特性得到显著提高。但是二硫化钴只能人工合成，钴原料也比铁稀有因此价格昂贵。除开特殊要求的热电池使用全二硫化钴作为正极材料之外。在锂-硫一次电池的应用中，用二硫化铁作为电极材料，前期电压下降比较快，电压平台不够平稳。所以如何改善这一电化学性能，是急需解决的问题。利用本发明合成的核壳型材料，能有效改善二硫化铁的放电电压平台，还能进一步提高放电容量，降低内阻等作用。

现在将二硫化钴与二硫化铁混合后，可以兼顾价格与性能，是目前热电池厂商采用折中的方法。此方法的原理是先由电压略高的二硫化铁为主放电，后由电压略低的二硫化钴为主放电。从而降低热失稳的风险，提高有效放电容量。此方法需两者用量相当才能产生有效效果。而且二硫化铁带来的本征缺点也不能完全消除。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足之处；提出了外壳为二硫化钴，内核为二硫化铁核壳结构的思想，设计了一种内核为二硫化铁FeS₂，外壳为二硫化钴CoS₂的核壳复合型硫化物材料。

本发明一种核壳复合型硫化物材料；其内核为二硫化铁，外壳为二硫化钴。外壳优选为二硫化钴。当然第8族除铁外，其他元素的硫化物和二硫化物均可用做本发明的外壳材料。

作为优选方案，本发明一种核壳复合型硫化物材料；外壳为二硫化钴。

作为优选方案，本发明一种核壳复合型硫化物材料；外壳二硫化钴占所述核壳复合型材料总质量的0.5-60％、优选为0.5-15％、进一步优选为2.5～15％。

作为进一步的优选方案，本发明一种核壳复合型硫化物材料；所述内核的粒度为1.2-46.6微米、优选为5.6-9.2微米、进一步优选为7.4-8.3微米。

一种核壳复合型硫化物材料，其制备方法，包括下述步骤：

步骤一

以含钴溶液为原料；往含钴溶液中加入硫源和FeS₂粉末；搅拌；然后置于高压反应釜中；在100-180℃反应至少6小时；冷却；固液分离；得到CoS₂包覆的FeS₂正极材料的中间产物；所述硫源包括硫代硫酸根、亚硫酸根、硫离子中的至少一种；

步骤二