[发明专利]一种具有导电作用的富勒烯镍盐及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于无机有机杂化材料技术领域，具体涉及一种具有导电作用的富勒烯镍盐及其制备方法和应用。

技术背景

随着富勒烯被发现以及它的制备方法的改进，科研工作者对它的应用研究迅速加快。由于每个富勒烯分子在溶液中可以可逆接受最多6个电子，使富勒烯盐在超导方面表现出潜在的应用前景。它的强烈可接受电子的能力使得富勒烯和富勒烯衍生物在半导体材料修饰与太阳能电池中具有好的应用前景。再加上富勒烯分子中碳原子结构的弯曲的特点，使得它在充放电方面具有较大的容量。因此富勒烯与富勒烯衍生物象石墨一样是锂电池的一种有希望的阳极材料。但是，直到现在还没见到有关将富勒烯当阳极材料在锂电池中的应用研究。只有少量的富勒烯和它的衍生物聚合物在电池中的研究。与富勒烯本身相比，富勒烯盐有许多优点如：富勒烯盐中含的金属元素与锂电池中的锂元素相匹配，富勒烯盐的较好的晶型与较均匀的颗粒度以及结构稳定等。而LiFePO₄在锂电池中是一种新型的阴极材料，与传统的阴极材料相比，虽然具有储藏丰富、价格便宜和低副毒性的优点外，但是固有的低导电性导致它在高频处有很大的电容量损失。通过添加导电材料可以改善它的导电性，通常碳在电池组装中被用作导电试剂。

发明内容

本发明的目的在于提出一种产率高、具有导电性的富勒烯镍盐及其制备方法和应用。

本发明提出的富勒烯镍盐，属于C₆₀衍生物，是在C₆₀外球体上引入金属元素Ni的富勒烯盐，其分子式：Ni₂C₆₀。

本发明提出的Ni₂C₆₀制备方法如下：

在THF/H₂O体系合成得C₆₀^-负离子的碱金属盐，经near-IR谱表征有994，1080nm两峰值。将此C₆₀^-负离子与NiCl₂·2H₂O按摩尔比5∶1～1∶5混合反应，搅拌2～72小时，使C₆₀^-负离子反应完全(出现大量棕色沉淀，而母液颜色变得很浅，说明C₆₀^-负离子已经反应完全)；进行离心分离，除去溶剂；用去离子水洗涤沉淀物3-4次，使洗出液的pH值为中性或接近中性，用硝酸银检验无Cl^-，，再依次分别加入丙酮、二硫化碳、乙醚，进行洗涤，除去水分和未反应的C₆₀，最后真空干燥。

该反应最大特点是：反应体系是含THF/H₂O混合溶剂体系，因而可与水溶性的过渡金属卤化物直接反应。此方法对于低价富电子的后过渡金属，是一种有效的合成富勒烯衍生物的方法。

经波谱表证，所得产物的结构式为：Ni₂C₆₀。

从化合物的红外光谱数据看，在525，578，1181，1428cm^-1左右都有与[60]富勒烯相同的峰，证明化合物中含有C₆₀分子，并且C₆₀笼结构基本上未有改变；进行电子探针微量分析，从能谱图可知，化合物中含有C，Ni元素，无Na，Cl元素。X-射线光电子能谱表明金属元素有电荷向C₆₀笼转移，其中它们之间的化学键以共价键的形式为主。元素分析与X-射线光电子能谱表明化合物中C₆₀与Ni的摩尔比接近2，故该富勒烯盐的分子是为Ni₂C₆₀。

本发明对Ni₂C₆₀进行了电化学性能实验。

先将C₆₀或Ni₂C₆₀按重量比5％，90％LiFePO₄，5％PVDF在碾钵中碾磨均匀后，以甲基吡喏烷作溶剂制备成浆，再在铝箔上制成片，干后再在120℃下真空抽12小时。在手套箱中装备好电池，其中锂箔做阳极。测试它们的电学性质如：循环伏安图和电阻抗谱。其中循环伏安图如图1所示。