[发明专利]一种含硫生物氨基酸辅助合成纳米镍硫化合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含硫生物氨基酸辅助合成纳米镍硫化合物的方法，属于锂离子电 池技术领域。

背景技术

锂离子电池作为重要的二次电池在移动电源、可再生能源输变电的储能、智能电 网和微网的有功补偿和调配管理、电动汽车等领域有着广泛的应用。锂离子电池正极 活性物质的性能直接决定着锂离子电池的容量。目前用于锂离子电池正极材料的电化 学比容量均小于300mAh/g。发展和寻求高比容量的锂离子电池正极材料是提高锂离 子电池容量的重要途径。纳米镍硫化合物是一类重要的高比容量的锂离子电池正极材 料。

纳米材料由于尺寸小、比表面大和量子尺寸效应等原因，具有不同于常规固体的 新特性，在许多领域得到了广泛的应用，主要包括纳米光材料、纳米磁性材料、新型 陶瓷、纳米传感材料、纳米电化学材料以及纳米机器人等。过渡金属硫化物作为一种 重要的无机功能材料具有特殊的电子结构、分子结构及电磁学性质，同时也具有独特 的成键方式，在共振成像、超导体、空间技术、粒子加速器、地球物理探测等领域有 广泛应用。镍金属硫化物中的NiS是一种性能优良的半导体纳米材料，在太阳能电池 和加氢脱硫催化反应中有广泛应用，在锂电池正极材料方面具有很大的应用潜力，其 理论电化学容量达到590mAh/g。镍金属硫化物中的Ni₃S₄具有理论脱嵌锂的电化学容 量高(C＝704.5mAh/g)、储锂能力强、化学稳定性好等优势，是一种理想的锂离子电 池正极材料。镍金属硫化物中的NiS₂也具有较好的储锂能力。

目前人们已经相继合成了多种形貌的镍硫化合物纳米材料。主要方法有湿化学法、 固态反应法和物理气相沉积法等。CN1974415A公开了一种将碳链溶解在离子液体中 制备出棒状NiS[张晟卯，张春丽，等.硫化镍纳米棒的制备方法[P].CN1974415A, 2007.06.06]的方法。CN102633309A公开了一种将镍盐、硫源、络合剂以一定的摩尔 比混合，水热合成了立方体形、球形和片形的NiS₂[曹晓晖，孟锦宏，等.一种形貌可 控NiS₂的水热制备方法[P].CN102633309A,2012.08.15]的方法，耿新玲以NiSO₄·6H₂O 和Na₂S₂O₄·2H₂O为原料，采用液相法室温合成了Ni₃S₄[耿新玲，袁伟.液相法制备Ni₃S₄ 纳米粉[J].无机材料学报,2003,18(01):149-155]的方法。但是上述方法中，采用的硫源 均为无机化合物，在反应过程中产生大量硫化氢气体，有环境污染的潜在危害。

发明内容

本发明通过含硫生物氨基酸代替现有技术中的无机硫源作为结构导向剂和硫源， 采用湿化学法合成不同形貌的纳米镍硫化合物，解决了上述反应过程中产生大量硫化 氢气体污染环境的问题。

本发明提供了一种含硫生物氨基酸辅助合成纳米镍硫化合物的方法，所述方法以 含硫生物氨基酸为原料，采用湿化学法合成纳米镍硫化合物；

所述含硫生物氨基酸为L-半胱氨酸、L-胱氨酸、谷胱甘肽或甲硫氨酸。

本发明所述含硫生物氨基酸起始浓度优选为0.03～0.20mol/L。

本发明所述方法优选为将镍源溶于溶剂得到溶液Ⅰ，将含硫生物氨基酸溶于溶剂 得到溶液Ⅱ，将溶液Ⅰ与溶液Ⅱ混匀，调pH值至1～12，160～260℃反应12～48h， 洗涤，干燥。

本发明所述镍源优选为醋酸镍、氯化镍或硫酸镍。

本发明所述溶剂优选为水或无水乙醇。

本发明所述镍源与含硫生物氨基酸中的镍原子与硫原子的摩尔比优选为1：1～5。

本发明合成的纳米镍硫化合物的相为NiS、NiS₂和Ni₃S₄中的至少一种，其形貌为 纳米晶组成的直径为0.5～15μm的纳米球、纳米叠片花或纳米花。

本发明有益效果为：

①本发明以易得的含硫生物氨基酸为原料，利用其分子结构及特殊官能团，如 -SH、-NH3等的相互作用制备不同形貌及不同原子比的纳米镍硫化合物；