粉体正极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热电池用二硫化钴粉体的制备方法，特别是涉及一种热电池用八面体结构0^2粉体正极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]黄铁矿型的CoS2半导体材料具有优异的光学、电学、磁学等性质，如半金属铁磁性、高的自旋极化，在催化、光伏、电子等领域拥有重要的应用前景。
[0003]目前国内外制备二硫化钴的方法主要包括固相法、溶剂热、水热法等。上述粉体合成方法中，固相法工艺简单但烧结温度高且最终产物需要球磨工艺，而在球磨过程中将导致粉体粒径分布不均匀、纯度降低；溶剂热法在反应过程中要添加有机溶剂，对人体有害、易燃易爆。与上述方法相比，水热法制备粉体具有诸多优点，由于反应在水溶液中进行，反应温和易控并可实现、物纯度高、粒径均匀可控，工艺简单，是一种成本低廉、各组分可精确控制、易于实现产业化的合成方法。
[0004]现有关于二硫化钴的报道在水热条件下以CoCljP Na 2S2S03S SC (NH 2)2为原料，以乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二纳为螯合剂制备出棒状CoS2纳米晶；J.D.Passaretti等人通过[Co (NH3) 6] CljP H 2S在低温条件硫化得到C0S#aB体。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种热电池用八面体结构CoS2粉体正极材料及其制备方法，该方法反应在液相中一次完成，不需要后期处理，工艺设备简单、原料易得、成本低，可重复性好，节约能耗，制备的(:032粉体分散性好，具有八面体结构。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种热电池用八面体结构(:必2粉体正极材料，所述材料具有八面体结构，其粉体粒径为1-5 μπι;该材料热分解温度为650°C -700 °C，应用到LiSi_CoS2$电池体系中，在500 °C -550 °C放电温度，200mA/cm2-800mA/cm2电流密度放电时第一放电电压平台为1.79V-1.81V，放电时间为 200S-300S。
[0007]—种热电池用八面体结构CoS2粉体正极材料制备方法，所述方法包括以下制备步骤:
1)将分析纯的CoCl2.6Η20加入到去离子水中，制成Co2+浓度为0.01mol/L-2mol/L的透明溶液；向透明溶液中加入分析纯的SC (NH2)2，使混合溶液中Co27 SC (NH2)2的摩尔浓度比为1:1-1:5 ;
2)向混合溶液中加入浓度为lmol/L-2mol/L的稀盐酸或氢氧化钠溶液调节pH为5_10，获得前驱物溶液；
3)将上述制备的前驱物溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在70%-85%，密闭反应釜后，将其放入WX-6000型温压双控微波炉中，选择温控模式进行反应；所述的温控模式水热温度控制在160°C _200°C，水热反应时间控制在10h-20h，水热反应结束自然冷却到室温； 4)打开水热反应釜，收集釜底沉淀物质，分别采用稀盐酸，二硫化碳，去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中60°C干燥既得黑色具有八面体结构0^2粉体正极材料。
[0008]本发明的优点与效果是:
1、反应在液相中一次完成，不需要后期处理，工艺设备简单。
[0009]2、原料易得、成本低，可重复性好，节约能耗，有广阔的应用前景，适合批量生产。
[0010]3、制备的CoS2粉体分散性好，具有八面体结构，粒径分布范围为1-5μπι，粒度可控。
[0011]4、将CoS2应用到LiSi_CoS2热电池体系中，工作电压可控，放电时间稳定。
【附图说明】
[0012]图1是制备的八面体结构CoS2粉体的X射线衍射(XRD)图谱；
图2是实施例1所制备的八面体结构CoSjj球的扫描电镜(SEM)照片；
图3是实施例1所制备的八面体结构0^2粉体的放电性能数据。
【具体实施方式】
[0013]下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0014]本发明技术步骤:
1)将分析纯的CoCl2.6Η20加入到去离子水中，制成Co2+浓度为0.01mol/L-2mol/L的透明溶液。向透明溶液中加入分析纯的SC (册12)2，使混合溶液中(:027 SC (NH2)2的摩尔浓度比为1:1-1:5。
[0015]2)向混合溶液中加入浓度为lmol/L-2mol/L的稀盐酸或氢氧化钠溶液调节pH为5-10，制得前驱物溶液。
[0016]3)将上述制备的前驱物溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在70%_85%，密闭反应釜后，将其放入WX-6000型温压双控微波炉中，选择温控模式进行反应。所述的温控模式水热温度控制在160°C _200°C，水热反应时间控制在10h-20h，水热反应结束自然冷却到室温。
[0017]4)打开水热反应釜，收集釜底沉淀物质，然后分别采用稀盐酸，二硫化碳，去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中60°C干燥既得黑色具有八面体结构0)&粉体正极材料。
[0018]2、本发明热电池用八面体结构CoS2E极材料的放电性能参数如下:CoS2m米粉体热分解温度约为650°C _700°C，应用到LiS1-CoS2热电池体系中，在500°C _550°C放电温度，200mA/cm2-800mA/cm2电流密度放电时初始放电电压平台为1.79V-1.81V，放电持续时间为200S-300So
[0019]实施例1:
将分析纯的CoCl2.6H20加入到去离子水中，制成Co2+浓度为0.01mol/L的透明溶液，向透明溶液中加入分析纯的SC (NH2)2，使混合溶液中Co27 SC (NH2)2的摩尔浓度比为1:1；向混合溶液中加入浓度为lmol/L的稀盐酸调节混合溶液pH为5，得到前驱物溶液；将上述制备的前驱物溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在70%，密闭反应釜后，将其放入WX-6000型温压双控微波加热炉中，选择温控模式进行反应。所述的温控模式水热温度控制在160°C，水热反应时间控制在10h，水热反应结束自然冷却到室温。打开水热反应釜，收集釜底沉淀物质，然后分别采用二硫化碳，去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中60°C干燥既得黑色八面体结构CoS2粉体。采用日本理学D/max-2500PC型X射线衍射仪分析所得样品，发现所得产物主晶相均为黄铁矿型CoS2 (空间群为Pa3，ICDD PDF N0.65-3322)，如下图1所示。使用德国HITA CHIS-3400N型扫描电镜观察样品的形貌及粒径，可明显发现所得粉体分散性好，粒度分布均匀，具有八面体结构，如下图2所示。将八面体结构CoS2正极材料应用于LiS1-CoS2热电池体系中，在工作温度500°C，放电电流密度200mA/cm2条件下，正极材料初始放电电压平台为1.81V，有效放电时间为300S，如下图3所示。
[0020]实施例2:
将分析纯的CoCl2.6H20加入到去离子水中，制成Co2+浓度为2mol/L的透明溶液，向透明溶液中加入分析纯的SC (见12)2，使混合溶液中(:027 SC (NH2)2的摩尔浓度比为1:5;向混合溶液中加入浓度为2mol/L的氢氧化钠调节混合溶液pH为10，得到前驱物溶液；将上述制备的前驱物溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在85%，密闭反应釜后，将其放入WX-6000型温压双控微波加热炉中，选择温控模式进行反应。所述的温控模式水热温度控制在200°C，水热反应时间控制在20h，水热反应结束自然冷却到室温。打开水热反应釜，收集釜底沉淀物质，然后分别采用二硫化碳，去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中60°C干燥既得黑色八面体结构CoS2粉体。将八面体结构CoS 2正极材料应用于LiS1-CoS 2热电池体系中，在工作温度550°C，放电电流密度800mA/cm2条件下，正极材料初始放电电压平台为1.79V，有效放电时间为200S。
[0021]实施例3:
将分析纯的CoCl2.6Η20加入到去离子水中，制成Co2+浓度为lmol/L的透明溶液，向透明溶液中加入分析纯的SC(NH2)2，使混合溶液中Co27 SC(NH2)2的摩尔浓度比为1:2;向混合溶液中加入浓度为lmol/L的稀盐酸和氢氧化钠调节混合溶液pH为7，得到前驱物溶液；将上述制备的前驱物溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在80%，密闭反应釜后，将其放入WX-6000型温压双控微波加热炉中，选择温控模式进行反应。所述的温控模式水热温度控制在180°C，水热反应时间控制在15h，水热反应结束自然冷却到室温。打开水热反应釜，收集釜底沉淀物质，然后分别采用二硫化碳，去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中60°C干燥既得黑色八面体结构CoS2纳米粉体。将八面体结构CoS 2正极材料应用于LiS1-CoS 2热电池体系中，在工作温度500°C，放电电流密度400mA/cm2条件下，正极材料初始放电电压平台为1.80V，有效放电时间为260S。
【主权项】
1.一种热电池用八面体结构CoS 2粉体正极材料，其特征在于，所述材料具有八面体结构，其粉体粒径为1-5 μm ;该材料热分解温度为650°C _700°C，应用到LiSi_CoS2$电池体系中，在500°C _550°C放电温度，200mA/cm2-800mA/cm2电流密度放电时第一放电电压平台为 1.79V-1.81V，放电时间为 200S-300S。2.—种热电池用八面体结构CoS 2粉体正极材料制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备步骤: 1)将分析纯的CoCl2.6Η20加入到去离子水中，制成Co2+浓度为0.01mol/L-2mol/L的透明溶液；向透明溶液中加入分析纯的SC (NH2)2，使混合溶液中Co27 SC (NH2)2的摩尔浓度比为1:1-1:5 ; 2)向混合溶液中加入浓度为lmol/L-2mol/L的稀盐酸或氢氧化钠溶液调节pH为5_10，获得前驱物溶液； 3)将上述制备的前驱物溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在70%-85%，密闭反应釜后，将其放入WX-6000型温压双控微波炉中，选择温控模式进行反应；所述的温控模式水热温度控制在160°C _200°C，水热反应时间控制在10h-20h，水热反应结束自然冷却到室温； 4)打开水热反应釜，收集釜底沉淀物质，分别采用稀盐酸，二硫化碳，去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中60°C干燥既得黑色具有八面体结构0^2粉体正极材料。
【专利摘要】一种热电池用八面体结构CoS2粉体正极材料及其制备方法，涉及热电池用二硫化钴粉体的制备方法，其粒径分布约1-5μm，将分析纯的CoCl2·6H2O加入到去离子水中，加入分析纯的硫脲（SC（NH2）2），得到混合溶液；向混合溶液中加入稀盐酸或氢氧化钠溶液调节pH得前驱体溶液，加热，进行水热反应，采用稀盐酸，去离子水，无水乙醇洗涤既得黑色具有八面体结构CoS2粉体。制备的CoS2正极材料由于反应在液相中一次完成，不需要后期处理，同时工艺设备简单，所得CoS2粉体分散性好，大小均匀，粒径可控，反应可重复性高，操作简单，原料易得，制备成本较低，因此此法具有广阔应用前景。
【IPC分类】C01G51/00, H01M4/08
【公开号】CN105399147
【申请号】CN201510743565
【发明人】马伟民, 魏明炜, 李军, 马雷
【申请人】沈阳化工大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月5日