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CN112125283A - 一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法 - Google Patents

一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法 Download PDF

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CN112125283A CN202010765234.0A CN202010765234A CN112125283A CN 112125283 A CN112125283 A CN 112125283A CN 202010765234 A CN202010765234 A CN 202010765234A CN 112125283 A CN112125283 A CN 112125283A
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梁初
胡梦茹
王凯
甘永平
黄辉
张文魁
夏阳
张俊
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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Abstract

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法。针对科研机构对于硫化锂的需求量的增大以及现有制备方法的步骤繁琐、条件苛刻的缺陷，本发明公开了一种制备高纯硫化锂的方法。所述方法只需简单的将原料混合加热，以及后续的提纯处理，即可得到纯度较高的硫化锂粉体，本发明所提供的制备方法简单便捷，易于实现工业化生产，且制造成本低，得到的硫化锂纯度较高。

Description

一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法
技术领域
本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法。
背景技术
锂-硫电池被认为是最有前景的下一代电池之一(Jiang,Li2S-based Li-ionsulfur batteries:progress and prospects)，而硫化锂Li2S作为锂-硫电池研究的热点，相比于传统锂-硫电池以硫元素为电池正极，以硫化锂作为正极材料存在着许多的优势：(1)硫化锂已经是锂与硫的最终反应物，在首次充电过程中，不会再出现体积膨胀效应，从而保证了正极材料的安全；(2)硫化锂具有很高的熔点(938℃)，这种热稳定性也保证了锂硫电池即使在高温下也能安全使用；(3)含锂量高，可以与不含锂的负极材料组成全电池，从而保证整个电池的安全。这些优势，使得硫化锂在今后的研究中扮演着重要的角色。
然而，现有的硫化锂的制备方法并不多。如：(1)在加热条件下用碳或氢气还原硫酸锂制备；(2)利用锂与硫在液氨中反应；(3)用乙氧基锂分解硫氢化锂的乙醇混合物等制备硫化锂；(4)利用戊氧基锂与硫化氢反应先制得硫氢化锂，再使硫氢化锂在真空加热分解来制备硫化锂。这些制备硫化锂的方法普遍存在着制备过程繁琐、制备条件复杂苛刻、反应物价格贵或产物不纯等缺点，造成了硫化锂在市场的高价格，限制了硫化锂的研究速度和应用。因此，开发一种高效低廉且纯度满足实验室需求的制备硫化锂的方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供了一种硫化锂的制备方法，本发明所提供的制备方法具有条件简单、易于实现工厂化生产、制备成本低、产物硫化锂的纯度高等的优势。
下面对于本发明的技术方案做具体说明。
本发明提供了一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法，包括以下具体步骤：
(1)在惰性气氛下，将含锂物质与二硫化碳按照一定比例均匀混合，并将固液混合物转移至密闭的反应器中；
(2)将混合物以一定加热速率加热至设定温度，保温一定时间；
(3)待反应结束，反应器内温度降至100℃时，收集反应器内的气体，然后在惰性气氛或者真空条件下，将产物取出；
(4)在惰性气氛下，利用无水乙醇溶解反应产物并分离固液相，液相除去溶剂得到硫化锂粉体。
本发明中，所述步骤(1)中所述的含锂物质为氢氧化锂、氧化锂的任意一种或两者的混合。
本发明中，所述步骤(1)中的含锂物质需预先经过干燥处理，使其不含水分。
本发明中，所述步骤(1)中含锂物质与二硫化碳的摩尔比为(0.1-6)：1。
本发明中，所述步骤(2)中加热速率为1-10℃/min，加热温度为200-500℃，保温时间为1-100小时。
本发明中，所述惰性气氛为不与反应物和生成物反应的气体，具体为氮气、氩气或氦气的任意一种或多种。
本发明中，所涉及到的化学方程式为：3Li2O+CS2→2Li2S+Li2CO3；6LiOH+2CS2→Li2S+2Li2CO3+3H2S。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
(1)本合成方法使用的原料为含锂物质和二硫化碳，反应所需的原材料少，只要保证原材料的纯度就能够保证反应产物的纯度，产物纯度不受操作顺序等外界因素影响。
(2)该合成方法无废水、废气、废渣等处理问题。
(3)反应为固液混合后加热触发，通过控制反应温度及反应时间即可轻松控制反应，易于实现工业化大规模生产。
(4)该方法步骤少，工艺简单，成本低廉，适合规模化生产。
附图说明
图1是本发明实例1制备的硫化锂的X射线衍射图。
具体实施方法
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下所述的实施例仅是本发明一部分实施例，并不代表所有的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
在氩气气氛下，将氢氧化锂与二硫化碳以摩尔比1:1均匀混合，转移至密闭的反应器中，以2℃/min的升温速度加热到300℃，保温5h，待反应结束后降温至100℃，用真空泵将反应器内气体抽出，转移到氩气保护氛围中，打开反应器，取出粉末并倒入到无水乙醇中，充分溶解后抽滤，将滤液加热蒸发掉无水乙醇即得到硫化锂粉体。图1为其对应的X射线衍射图，所得产物为硫化锂。
实施例2
在氩气和氦气混合的气氛下，将氢氧化锂与二硫化碳以摩尔比6:1均匀混合，转移至密闭的反应器中，以5℃/min的升温速度加热到500℃，保温1h，待反应结束后降温至100℃，用真空泵将反应器内气体抽出，转移到氩气和氦气混合的保护氛围中，打开反应器，取出粉末并倒入到无水乙醇中，充分溶解后抽滤，将滤液加热蒸发即得到硫化锂粉体。
实施例3
在氦气气氛下，将氧化锂与二硫化碳以摩尔比1:1均匀混合，转移至密闭的反应器中，以5℃/min的升温速度加热到450℃，保温10h，待反应结束后降温至100℃，用真空泵将反应器内气体抽出，转移到氦气保护氛围中，打开反应器，取出粉末并倒入到无水乙醇中，充分溶解后抽滤，将滤液加热蒸发即得到硫化锂粉体。
实施例4
在氩气和氦气混合的气氛下，将氧化锂与二硫化碳以摩尔比0.1:1均匀混合，转移至密闭的反应器中，以10℃/min的升温速度加热到500℃，保温2h，待反应结束后降温至100℃，用真空泵将反应器内气体抽出，转移到氩气和氦气的混合保护氛围中，打开反应器，取出粉末并倒入到无水乙醇中，充分溶解后抽滤，将滤液加热蒸发即得到硫化锂粉体。
实施例5
在氮气气氛下，将氢氧化锂与二硫化碳以摩尔比3:1均匀混合，转移至密闭的反应器中，以1℃/min的升温速度加热到200℃，保温100h，待反应结束后降温至100℃，用真空泵将反应器内气体抽出，转移到氮气保护氛围中，打开反应器，取出粉末并倒入到无水乙醇中，充分溶解后抽滤，将滤液加热蒸发即得到硫化锂粉体。
实施例6
在氩气气氛下，将氢氧化锂、氧化锂与二硫化碳以摩尔比1:1:2均匀混合，转移至密闭的反应器中，以2℃/min的升温速度加热到400℃，保温12h，待反应结束后降温至100℃，用真空泵将反应器内气体抽出，转移到氩气保护氛围中，打开反应器，取出粉末并倒入到无水乙醇中，充分溶解后抽滤，将滤液加热蒸发即得到硫化锂粉体。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)在惰性气氛下，将含锂物质与二硫化碳按照一定比例均匀混合，并将固液混合物转移至密闭的反应器中；
(2)将混合物以一定加热速率加热至设定温度，保温一定时间；
(3)待反应结束，反应器内温度降至100℃时，收集反应器内的气体，然后在惰性气氛或者真空条件下，将产物取出；
(4)在惰性气氛下，利用无水乙醇溶解反应产物并分离固液相，液相除去溶剂得到硫化锂粉体。
2.根据权利要求书1所述的一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法，其特征在于：所述的含锂物质为氢氧化锂、氧化锂的任意一种或两者的混合。
3.根据权利要求书1所述的一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法，其特征在于：所述的含锂物质经过干燥处理不含水分。
4.根据权利要求书1所述的一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法，其特征在于：所述步骤(1)中含锂物质与二硫化碳的摩尔比为(0.1-6)：1。
5.根据权利要求书1所述的一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法，其特征在于：所述步骤(2)中加热温度为200-500℃，保温时间为1-100小时。
6.根据权利要求书1所述的一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法，其特征在于：所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气的任意一种或多种。
7.根据权利要求书1所述的一种利用固液混合加热制备硫化锂的方法，其特征在于：该合成方法涉及到的化学方程式为：3Li2O+CS2→2Li2S+Li2CO3；6LiOH+2CS2→Li2S+2Li2CO3+3H2S。
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