[发明专利]一维棒状硫铜化合物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及硫铜化合物，尤其是涉及一维棒状硫铜化合物及其制备方法与应用。

背景技术

作为一种新型锂电负极材料，硫铜化合物具有众多优点(Y.Chen；C.Davoisne；J.Tarascon；C.Guery.Growth of single-crystal copper sulfide thin films via electrodeposition in ionic liquid media for lithium ion batteries.J.of Mater Chem.2012,22,5295-5299.)：1.具有较高的理论容量；2.较长且平坦的电化学平台；3.较好的导电性。然而，其仍具有以下缺点亟待改善(S.C.Han；M.S.Song；H.Lee；H.S.Kim；H.J.Ahn；J.Y.Lee.Effect of Multiwalled Carbon Nanotubes on Electrochemical Properties of Lithium/Sulfur Rechargeable Batteries.J.Electrochem.Soc.2003,150,A889-A893.)，比如：1.循环过程中容量在缓慢衰减；2.充放电过程中具有一定的体积变化；3.因为常用的醚类电解液会溶解聚硫化合物，导致活性材料的损失，从而降低了电极的可逆容量。其中通用的解决方法主要是合成纳米尺寸的材料。

目前，硫铜化合物纳米材料的制备方法很多，常用的有化学沉淀法、溶胶凝胶法、固相合成法等。这些方法在一定程度上存在不足，譬如产物尺寸、形貌难于控制；高温反应条件苛刻或是制备过程比较复杂；或是产物纯度低结晶度较差等。因此，如何简易制备高纯度、高分散、尺寸可控、形貌规整的硫铜化合物纳米材料仍然是一个关键的问题。因为随着充放电过程的重复进行，一维结构材料可以有效缓解材料的体积变化。因此近年来，越来越多的科研工作者开始关注一维材料的制备。虽然一维材料的制备方法已经有很多种，但是合成物化性质均一的一维材料对于我们仍然是个挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一维棒状硫铜化合物及其制备方法与应用。

所述一维棒状硫铜化合物为一维棒状Cu_xS，其中0≤x≤2。

所述一维棒状硫铜化合物的制备方法的具体步骤如下：

将铜的无机盐溶于二甲基亚砜溶剂中，磁力搅拌成淡绿色溶液，再将淡绿色溶液放入反应釜内，然后放在鼓风烘箱内加热反应后，经离心清洗，干燥后得到黑色一维棒状硫铜化合物。

所述铜的无机盐可选自硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、乙酸铜等中的一种，优选含有结晶水的硫酸铜或氯化铜等；所述铜的无机盐在溶液中的摩尔浓度可为0.005～0.05mol/l。

所述反应釜的内衬材质可采用耐高温至250℃的聚四氟乙烯高分子材料。

所述加热反应的温度可为140～220℃，加热反应的时间可为5～24h；优选加热反应的温度为180℃，加热反应的时间可为6h。

所述离心清洗的试剂可为硫的良溶剂，所述硫的良溶剂可选自二硫化碳、四氯化碳、苯、甲苯等中的一种，优选四氯化碳等，其目的是清洗掉多余的硫。

所述干燥的条件可置于真空烘箱中40～60℃烘干12～24h。

所述一维棒状硫铜化合物可在制备锂离子电池负极中应用。

本发明利用溶剂热合成法制备一维棒状硫铜化合物，合成方法简单快捷，不需要添加特定的表面活性剂及相关模板。制备出的材料具有特定的一维结构，这些一维线状结构可以交联堆叠成良好的三维网络结构，利于锂离子电子的传输与电解液的浸润，因此具有较好的电化学性能。

本发明的制备方法不需要表面活性剂及模板参与，将硫酸铜与二甲基亚砜在不同比例下溶剂热反应，即可制备出具有一维结构不同硫铜比例的硫铜化合物。本发明具有原料易得、操作简单、高效快捷等特点，制备的硫铜化合物纳米棒还具有形貌规整、硫铜比例可控、纯度结晶度高、稳定性好等优点；由本发明制备的硫铜化合物纳米材料不但在锂离子电池还可在其它光电领域上进行广泛应用。

附图说明

图1为实施例1中CuS材料的XRD图；

图2为实施例1中CuS材料的SEM图；

图3为实施例1中CuS材料的电化学循环性能图；

图4为实施例2中Cu₂S材料的XRD图；

图5为实施例2中Cu₂S材料的SEM图；