3°有一個(gè)寬峰，為碳的衍射峰，其余衍射峰可對(duì)應(yīng)于二硫化鉬六方晶型(JCPDS N0.37-1492)的衍射峰，這表明此種結(jié)構(gòu)為六方相的二硫化鉬和碳材料組成，并無(wú)其他雜質(zhì)。
[0037]圖2為所得樣品的高倍TEM電鏡圖片，從圖中可明顯看出這種材料為空心結(jié)構(gòu)，夕卜層為片層結(jié)構(gòu)，片層厚度為5?10nm。復(fù)合材料內(nèi)部為碳空心球，碳層厚度為10?20nm。從圖3為所得樣品的低倍TEM電鏡圖片，圖中可看出，樣品均為空心結(jié)構(gòu)，分散性較好，且球的大小基本一致，為200?250nm。
[0038]( 二)電極的制備:
[0039]將本實(shí)施例得到的二硫化鉬/碳復(fù)合材料與炭黑、聚偏二氟乙烯按照7:1.5:1.5的重量比混合，再與氮甲基吡咯烷酮溶液混合，用氮甲基吡咯烷酮調(diào)節(jié)漿料粘度，然后將漿料用刮刀均勻涂抹在經(jīng)過(guò)酒精清洗的銅箔上，在120°C下真空干燥12小時(shí)，然后經(jīng)過(guò)壓片，裁剪，制得研宄電極。
[0040](三)電極性能測(cè)試
[0041]在扣式鋰離子電池中進(jìn)行性能測(cè)試。電池組裝方式如下:以鋰片作為對(duì)電極，Celgard2300作為隔膜，電解液采用含IM LiPFfJ^ EC-DEC-EMC (I:1:1)溶液，LiPF6是六氟磷酸鋰，EC是碳酸乙烯酯，EMC是碳酸甲基乙基酯。測(cè)試時(shí)，溫度為室溫，采用恒流充放電，電流密度為100mA/g，電壓控制范圍是O?3V。
[0042]圖4為本實(shí)施例的二硫化鉬/碳復(fù)合材料組裝的鋰離子電池第一次的充放電曲線圖，圖中顯示，通過(guò)該過(guò)程實(shí)施，所得產(chǎn)品的首次嵌鋰容量為1467mAh/g，可逆脫鋰容量為862mAh/g，首次庫(kù)侖效率為59 %。
[0043]圖5為本實(shí)施例的二硫化鉬/碳復(fù)合材料組裝的鋰離子電池前30次循環(huán)的容量-循環(huán)次數(shù)曲線，30次循環(huán)后可逆嵌鋰容量為733mAh/g。
[0044]實(shí)施例2:
[0045]負(fù)極材料(二硫化鉬/碳復(fù)合材料)的制備:
[0046]步驟一，室溫下，在3ml無(wú)水甲醇中加入0.5g 二氧化娃納米球(粒徑約250nm)，經(jīng)過(guò)超聲處理后，再加入473ul三氨丙基三乙氧基硅烷，磁力攪拌0.5小時(shí)后形成懸浮液；對(duì)所述懸浮液進(jìn)行離心處理后得到第一反應(yīng)產(chǎn)物，利用乙醇對(duì)所述第一反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，然后對(duì)所述第一反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥，干燥后的所述第一反應(yīng)產(chǎn)物即為氨基改性二氧化硅顆粒。
[0047]步驟二，將所述步驟一得到的氨基改性二氧化硅顆粒(0.5g)和葡萄糖(2g)加入30ml水溶液中，強(qiáng)力攪拌0.5小時(shí)后倒入50ml的第一反應(yīng)釜中，然后將所述第一反應(yīng)釜從室溫升溫至200°C，并在200°C下保溫5h，然后將所述第一反應(yīng)釜中的產(chǎn)物進(jìn)行離心處理得到第二反應(yīng)產(chǎn)物，依次利用乙醇和去離子水洗滌對(duì)所述第二反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，之后對(duì)所述第二反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥。
[0048]步驟三，將所述步驟二得到的干燥后的所述第二產(chǎn)物(0.2g)和四硫代鉬酸銨(0.4g)加入25ml N，N- 二甲基甲酰胺中，強(qiáng)力攪拌I小時(shí)后倒入第二反應(yīng)釜中，然后將所述第二反應(yīng)釜從室溫升溫至180°C，并在180°C下保溫10h，然后將所述第二反應(yīng)釜中的產(chǎn)物進(jìn)行離心處理得到第三反應(yīng)產(chǎn)物，依次利用乙醇和去離子水洗滌對(duì)所述第三反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，之后對(duì)所述第三反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥。
[0049]步驟四，將所述步驟三得到的干燥后的所述第三反應(yīng)產(chǎn)物置于剛玉瓷舟中，在惰性氣氛保護(hù)下所述第三反應(yīng)產(chǎn)物被煅燒至800°C，煅燒時(shí)間為2h，從而得到二硫化鉬片-碳-氧化硅復(fù)合材料。
[0050]步驟五，將所述二硫化鉬片-碳-氧化硅復(fù)合材料加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氟酸溶液中，攪拌2小時(shí)后得到第五反應(yīng)產(chǎn)物，利用去離子水對(duì)所述第五反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行多次清洗，然后對(duì)所述第五反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥，干燥后的所述第五反應(yīng)產(chǎn)物即為所述二硫化鉬片/碳空心球復(fù)合材料。
[0051]實(shí)施例3:
[0052]負(fù)極材料(二硫化鉬/碳復(fù)合材料)的制備:
[0053]步驟一，室溫下，在70ml無(wú)水甲醇中加入2g 二氧化娃納米球(粒徑約50nm)，經(jīng)過(guò)超聲處理后，再加入1.8ml三氨丙基三乙氧基娃燒，磁力攪拌0.5小時(shí)后形成懸浮液；對(duì)所述懸浮液進(jìn)行離心處理后得到第一反應(yīng)產(chǎn)物，利用乙醇對(duì)所述第一反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，然后對(duì)所述第一反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥，干燥后的所述第一反應(yīng)產(chǎn)物即為氨基改性二氧化硅顆粒。
[0054]步驟二，將所述步驟一得到的氨基改性二氧化硅顆粒(Ig)和葡萄糖(1g)加入80ml水溶液中，強(qiáng)力攪拌2小時(shí)后倒入10ml的第一反應(yīng)釜中，然后將所述第一反應(yīng)釜從室溫升溫至160°C，并在160°C下保溫8h，然后將所述第一反應(yīng)釜中的產(chǎn)物進(jìn)行離心處理得到第二反應(yīng)產(chǎn)物，依次利用乙醇和去離子水洗滌對(duì)所述第二反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，之后對(duì)所述第二反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥。
[0055]步驟三，將所述步驟二得到的干燥后的所述第二產(chǎn)物(Ig)和四硫代鉬酸銨(0.1g)加入37ml丙酮中，強(qiáng)力攪拌2小時(shí)后倒入50ml的第二反應(yīng)釜中，然后將所述第二反應(yīng)釜從室溫升溫至200°C，并在200°C下保溫8h，然后將所述第二反應(yīng)釜中的產(chǎn)物進(jìn)行離心處理得到第三反應(yīng)產(chǎn)物，依次利用乙醇和去離子水洗滌對(duì)所述第三反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，之后對(duì)所述第三反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥。
[0056]步驟四，將所述步驟三得到的干燥后的所述第三反應(yīng)產(chǎn)物置于剛玉瓷舟中，在惰性氣氛保護(hù)下所述第三反應(yīng)產(chǎn)物被煅燒至600°C，煅燒時(shí)間為10h，從而得到二硫化鉬片-碳-氧化硅復(fù)合材料。
[0057]步驟五，將所述二硫化鉬片-碳-氧化硅復(fù)合材料加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氟酸溶液中，攪拌I小時(shí)后得到第五反應(yīng)產(chǎn)物，利用去離子水對(duì)所述第五反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行多次清洗，然后對(duì)所述第五反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥，干燥后的所述第五反應(yīng)產(chǎn)物即為所述二硫化鉬片/碳空心球復(fù)合材料。
[0058]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二硫化鉬/碳復(fù)合材料，其特征在于，所述二硫化鉬/碳復(fù)合材料包括二硫化鉬層和碳空心球，所述二硫化鉬層位于所述碳空心球的外部，所述碳空心球具有空心結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的二硫化鉬/碳復(fù)合材料，其特征在于，所述碳空心球的外徑為50?500nm，所述碳空心球中的碳為有機(jī)物經(jīng)縮聚、碳化后形成的碳包覆層，所述碳空心球的殼層的厚度為5?50nmo3.如權(quán)利要求1所述的二硫化鉬/碳復(fù)合材料，其特征在于，所述的二硫化鉬層為片層結(jié)構(gòu)，且所述片層附著在所述碳空心球的表面。4.一種如權(quán)利I至3中任一項(xiàng)所述的二硫化鉬/碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一，室溫下，在無(wú)水甲醇中加入二氧化硅納米球，經(jīng)過(guò)超聲處理后，再加入含有氨基的硅烷偶聯(lián)劑，磁力攪拌0.5?6小時(shí)后形成懸浮液；對(duì)所述懸浮液進(jìn)行離心處理后得到第一反應(yīng)產(chǎn)物，利用乙醇對(duì)所述第一反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，然后對(duì)所述第一反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥，干燥后的所述第一反應(yīng)產(chǎn)物即為氨基改性二氧化硅顆粒。 步驟二，將所述步驟一得到的氨基改性二氧化硅顆粒加入含有機(jī)熱解碳原料的水溶液中，強(qiáng)力攪拌0.5?2小時(shí)后倒入第一反應(yīng)釜中，然后將所述第一反應(yīng)釜從室溫升溫至160?200°C，并在160?200°C下保溫2?8h，然后將所述第一反應(yīng)釜中的產(chǎn)物進(jìn)行離心處理得到第二反應(yīng)產(chǎn)物，依次利用乙醇和去離子水洗滌對(duì)所述第二反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，之后對(duì)所述第二反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥。 步驟三，將所述步驟二得到的干燥后的所述第二產(chǎn)物加入含有四硫代鉬酸銨的非質(zhì)子性溶劑中，強(qiáng)力攪拌0.5?2小時(shí)后倒入第二反應(yīng)釜中，然后將所述第二反應(yīng)釜從室溫升溫至180?220°C，并在180?220°C下保溫2?10h，然后將所述第二反應(yīng)釜中的產(chǎn)物進(jìn)行離心處理得到第三反應(yīng)產(chǎn)物，依次利用乙醇和去離子水洗滌對(duì)所述第三反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，之后對(duì)所述第三反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥。 步驟四，將所述步驟三得到的干燥后的所述第三反應(yīng)產(chǎn)物置于剛玉瓷舟中，在惰性氣氛保護(hù)下所述第三反應(yīng)產(chǎn)物被煅燒至600?900°C，煅燒時(shí)間為2?10h，從而得到二硫化鉬片-碳-氧化硅復(fù)合材料。 步驟五，將所述二硫化鉬片-碳-氧化硅復(fù)合材料加入氫氟酸溶液中，攪拌4?8小時(shí)后得到第五反應(yīng)產(chǎn)物，利用去離子水對(duì)所述第五反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行多次清洗，然后對(duì)所述第五反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥，干燥后的所述第五反應(yīng)產(chǎn)物即為所述二硫化鉬片/碳空心球復(fù)合材料。5.如權(quán)利要求4所述的二硫化鉬/碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，所述二氧化娃納米球的直徑為50?500nm，所述二氧化娃納米球與所述無(wú)水甲醇的質(zhì)量比為1:5?1:50 ;所述含有氨基的硅烷偶聯(lián)劑選自3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷，所述二氧化硅納米球與所述含氨基的硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為1:1?1:10。6.如權(quán)利要求4所述的二硫化鉬/碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，所述有機(jī)熱解碳原料選自葡萄糖、蔗糖，所述水溶液中，所述氨基改性二氧化硅顆粒與所述有機(jī)熱解碳原料的質(zhì)量比為1:3?1:20 ;所述氨基改性二氧化硅顆粒加入含所述有機(jī)熱解碳原料的水溶液中形成的溶液的總體積是所述第一反應(yīng)釜的體積的1/2?3/4。7.如權(quán)利要求4所述的二硫化鉬/碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，所述第二產(chǎn)物與所述四硫代鉬酸銨的質(zhì)量比為1:2?10:1，所述非質(zhì)子性溶劑選自N, N-二甲基甲酰胺、丙酮。8.如權(quán)利要求4所述的二硫化鉬/碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，惰性氣氛為氬氣或氮?dú)狻?.如權(quán)利要求4所述二硫化鉬/碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟五中，所述氫氟酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?40%。10.一種如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的二硫化鉬/碳復(fù)合材料在鋰離子電池負(fù)極材料上的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種二硫化鉬/碳復(fù)合材料，包括二硫化鉬層和碳空心球，所述二硫化鉬層位于所述碳空心球的外部，所述碳空心球具有空心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種上述二硫化鉬/碳復(fù)合材料的制備方法，包括多個(gè)步驟，以氨基改性二氧化硅球做模板，然后通過(guò)熱解有機(jī)碳源包覆模板，再將其與四硫代鉬酸銨通過(guò)溶劑熱反應(yīng)，在惰性氣氛下高溫碳化，最后將氧化硅模板去除，即可得到本發(fā)明的二硫化鉬/碳復(fù)合材料。本發(fā)明的二硫化鉬/碳復(fù)合材料首次嵌鋰容量為1467mAh/g，比容量在30次反復(fù)充放電循環(huán)后仍可保持在733mAh/g。
【IPC分類】H01M4/62, H01M4/58
【公開(kāi)號(hào)】CN104934602
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510349912
【發(fā)明人】高濂, 孫壯, 宋雪峰, 張鵬, 姚鈺宸
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月19日