/c鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種M0S2/C鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子設(shè)備的微型化以及電動(dòng)汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，作為主要儲(chǔ)能裝置的鋰離子電池的研究與應(yīng)用越來(lái)越得到重視。目前商業(yè)化所使用的鋰離子負(fù)極材料為石墨電極，它存在著一定的安全隱患，限制了鋰離子電池的應(yīng)用。
[0003]作為鋰離子電池負(fù)極材料的替代材料，納米級(jí)的金屬氧化物如Co304[W.H.Ryu,T.H.Yoon,S.Η.Song,S.Jeon,Υ.J.Park and 1.D.Kim,Nano Lett.,2013,13,4190.],Zn0[D.Bresser,F.Mueller,M.Fiedler,S.Krueger,R.Kloepsch,D.Baither,M.Winter,E.Paillard and S.Passerini,Chem.Mater.,2013,25,4977.],Sn02[P.ffu,N.Du,H.Zhang,C.Zhai and D.Yang, ACS Appl.Mater.Interfaces，2011，3，1946.]，和V02[S.J.Chang，J.B.Park,G.Lee,H.J.Kim,J.B.Lee,T.S.Bae,Y.K.Han,T.J.Park,Y.S.Huh and ff.K.Hong,Nanoscale ,2014,6,8068.]等，由于具有較大的理論容量，而受到了研究者的廣泛關(guān)注。然而鋰離子的反復(fù)嵌脫導(dǎo)致這些材料在充放電過(guò)程中體積變化較大，逐漸粉化失效，因而使得他們的循環(huán)性能較差。
[0004]二硫化鉬，具有類石墨烯的結(jié)構(gòu)，在電池，儲(chǔ)氫，催化和固體潤(rùn)滑劑方面引起人們廣泛關(guān)注[K.Chang，ff.Chen，ACS Nano2011,5,4720-4728.K.Chang，D.Geng，X.Li，J.Yang，Y.Tang，M.Cai，R.Li，X.Sun，Adv.]。該結(jié)構(gòu)的材料具有的S-Mo-S的夾心層，通過(guò)弱范德華力相互作用像三明治一樣堆疊在一起。具體來(lái)說(shuō)，二硫化鉬的層內(nèi)原子通過(guò)強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合的，而層與層之間通過(guò)弱范德華力相互作用結(jié)合在一起。作為電極材料鋰離子可以插入各層間值得注意的是，通過(guò)鋰化方法擴(kuò)大二硫化鉬晶格參數(shù)，增加其循環(huán)性實(shí)現(xiàn)比商業(yè)二硫化鉬更高的容量。膨脹二硫化鉬因?yàn)榫哂懈弑砻婺苋菀装l(fā)生堆積，此外，相鄰的S-Mo-S的片層之間電子/離子影響導(dǎo)電性，因此，許多研究人員已轉(zhuǎn)向通過(guò)把片狀石墨烯結(jié)構(gòu)的MoS2(G)組裝成三維結(jié)構(gòu)MoS2 (3D),得到的MoS2/C復(fù)合材料具有很高的比表面積，較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。更重要的是，石墨烯不僅能有效地提高材料的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，而且還可以顯著抑制剝離的MoS2片層聚集。報(bào)告的研究表明，MoS2/C復(fù)合材料含有層狀二硫化鉬和石墨烯，通過(guò)兩者之間相互協(xié)同作用使電池具有良好的電化學(xué)性能，這種方式能夠充分利用二硫化鉬的優(yōu)勢(shì)。
[0005]MoS2/C復(fù)合材料的制備方法主要有液相法和固相法。然而單純地使用這兩種方法均會(huì)產(chǎn)生一些固有的缺點(diǎn):如，用液相法合成MoS2/氧化石墨烯納米復(fù)合材料，工藝穩(wěn)定性很差，不易規(guī)?；a(chǎn)，并且材料結(jié)構(gòu)難于控制；
[0006]固相法合成的產(chǎn)物會(huì)受到石墨烯層與層之間范德華力的影響，使得產(chǎn)物產(chǎn)生面面疊加現(xiàn)象，導(dǎo)致其具有較差的分散性，從而影響到了其電化學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種MoS2/C鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，該方法操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短，重復(fù)性高，產(chǎn)率大，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)容易控制。
[0008]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0009]本發(fā)明公開(kāi)了一種MoS2/C鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0010]1)將氧化石墨烯分散于去離子水中，充分?jǐn)嚢瑁纬裳趸┧芤?，再?ΝΗ4)Μθ7θ24.4Η20溶于去尚子水中，充分?jǐn)埶?，形?ΝΗ4)Μθ7θ24.4Η20水溶液；
[0011 ] 2)在氧化石墨烯水溶液中滴加(ΝΗ4)Μθ7024.4Η20水溶液，充分?jǐn)嚢柚练稚⒕鶆颍缓笳舭l(fā)水分，形成鉬銨酸/氧化石墨烯預(yù)制體，再加入硫粉，充分研磨，制得混合物；
[0012]其中，氧化石墨烯與(ΝΗ4)Μθ7024.4Η20的質(zhì)量比為(0.02?0.6):1;鉬銨酸/氧化石墨烯預(yù)制體與硫粉的質(zhì)量比為(0.02?0.5):1;
[0013]3)在氬氣氣氛下，將混合物在300?900°C下加熱20?90min，冷卻后，制得MoS2/C鋰離子電池負(fù)極材料。
[0014]步驟1)所述的氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯與去離子水的質(zhì)量比為(0.002?0.07):1ο
[0015]步驟1 )中所述的(ΝΗ4)Μθ7θ24.4Η20水溶液中(ΝΗ4)Μθ7θ24.4Η20與去尚子水的質(zhì)量比為(0.03-0.9):1。
[0016]步驟3)中是將混合物自室溫起，以5-30°Cmin—1的升溫速率加熱。
[0017]加熱在管式爐中進(jìn)行，冷卻為隨爐冷卻。
[0018]步驟1)所述充分?jǐn)嚢枋窃谑覝叵麓帕嚢??96h。
[0019]步驟2)所述充分研磨的時(shí)間為20?40min
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0021]本發(fā)明公開(kāi)的制備鋰離子電池負(fù)極材料MoS2/C的方法，首先將氧化石墨烯分散于去離子水中，再將(ΝΗ4)Μθ7θ24.4Η20溶于去離子水中，然后氧化石墨烯水溶液中滴加(ΝΗ4)ΜΟ7024.4Η20水溶液，分散均勻后蒸發(fā)水分，形成鉬銨酸/氧化石墨烯預(yù)制體，再加入硫粉制得混合物，將混合物在氬氣氛圍下加熱處理，制得鋰離子電池負(fù)極材料MoS2/C。本發(fā)明以氧化石墨烯為模板，通過(guò)預(yù)制體法和固相法獲得了薄片狀結(jié)構(gòu)MoS2/C復(fù)合材料。該方法操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短，重復(fù)性高，成本較低，產(chǎn)率大，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)容易控制。經(jīng)本方法制得的MoS2/C鋰離子電池負(fù)極材料達(dá)到了納米級(jí)尺寸，具有比容量大，導(dǎo)電性好，電阻率低，循環(huán)次數(shù)高等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1 為M0S2/C 與 MoS2 的 XRD 圖；
[0023]圖2 為M0S2/C 與 MoS2 的 SEM 照片；
[0024]其中,a^MoS2(10.0K)，b為MoS2(30.0K)，c為MoS2/C(30.0K)，dSMoS2/C( 100.0K)
[0025]圖3為MoS2/C與MoS2的倍率性能測(cè)試圖；
[0026]圖4為MoS2/C與MoS2的循環(huán)性能測(cè)試圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0028]實(shí)施例1
[0029]一種MoS2/C鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0030]1)將氧化石墨烯分散于去離子水中，其中兩者質(zhì)量比m(G0/H20) =0.03，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?再將(ΝΗ4)Μθ7θ24.4Η20溶于去離子水中，其中兩者質(zhì)量比m((NH4)Mo7024.4H20/H20) =
0.6，進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁纬?ΝΗ4)Μθ7θ24.4Η20水溶液;在G0/H20中滴加(ΝΗ4)Μο7024水溶液，使得G0與(ΝΗ4)Μθ7θ24.4Η20/Η20的質(zhì)量比m(G0/(NH4)Mo7024.4H20) =0.04，進(jìn)行攪拌使其分散；
[0031]2)蒸發(fā)水分，形成鉬銨酸(衍生物)/氧化石墨烯預(yù)制體，加入硫粉研磨半小時(shí)形成混合物，其中m(預(yù)制體/硫粉)=0.04;
[0032]3)使該混合物在管式爐中600°C下加熱70min，最終形成最終產(chǎn)物MoS2/C。
[0033 ] 參見(jiàn)圖1，從圖中可以看出，MoS2-G0和MoS2的XRD的衍射圖譜比較類似，其每一個(gè)衍射峰均與MoS2標(biāo)準(zhǔn)卡片的衍射峰都相對(duì)應(yīng)，并且均沒(méi)有任何雜質(zhì)峰的出現(xiàn)，表明了其具有較高的純度。另一方面，MoS2-G0產(chǎn)物的XRD中，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的石墨烯的衍射峰，這是由于石墨烯被MoS2填充在層間，破壞了氧化石墨烯的周期性排列，因而使得測(cè)試結(jié)果中沒(méi)有出現(xiàn)石墨烯的衍射峰。
[0034]參見(jiàn)圖2，從圖2的a中可以看出二硫化鉬的形貌為顆粒狀，并且顆粒均勻，分散性較好。從圖2的b中可以看出，純相的MoS2顆粒的尺寸大約為200?400nm。從圖2的c中可以看出，MoS2-G0的形貌為薄片狀，其尺寸較為均勻。圖2的d中局部放大圖可以看出，該薄片的厚度大約為10nm，整個(gè)薄片的尺寸約為80nm左右。
[0035]參見(jiàn)圖3，體現(xiàn)了二硫化鉬氧，MoS2-G0的倍率性能，不同物質(zhì)的性能差異較大。1032-60明顯具有最高的放電比容量，分別在100、200、500、1000、2000