[發(fā)明專利]鋰離子電池類石墨烯MoS2/石墨烯復(fù)合電極的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210187857.X
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN102683647A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳衛(wèi)祥;黃國創(chuàng);王臻;馬琳
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合納米材料的制備方法，尤其涉及鋰離子電池類石墨烯MoS₂/石墨烯復(fù)合電極制備方法，屬于無機復(fù)合納米材料、新能源材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有比能量高、無記憶效應(yīng)、環(huán)境友好等優(yōu)異性能,?已經(jīng)廣泛應(yīng)用于移動電話和筆記本電腦等便攜式移動電器。作為動力電池，鋰離子電池在電動自行車和電動汽車上也具有廣泛的應(yīng)用前景。目前鋰離子電池的負極材料主要采用石墨材料(如：石墨微球、天然改性石墨和人造石墨等)，這些石墨材料具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能，但是其容量較低，石墨的理論容量為372?mAh/g。新一代鋰離子電池對電極材料的容量和循環(huán)穩(wěn)定性能提出了更高的要求，不僅要求負極材料具有高的電化學容量，而且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能和高倍率特性。

MoS₂具有類似石墨的典型層狀結(jié)構(gòu)。MoS₂層狀結(jié)構(gòu)為三明治的層狀結(jié)構(gòu)，其層內(nèi)是很強的共價鍵(S-Mo-S)，層間則是較弱的范德華力，層與層之間容易剝離。MoS₂較弱的層間作用力和較大的層間距允許通過插入反應(yīng)在其層間引入外來的原子或分子。這樣的特性使MoS₂材料可以作為插入反應(yīng)的主體材料。因此，MoS₂是一種有發(fā)展前途的電化學儲鋰和電化學儲鎂的電極材料(G.?X.?Wang,?S.?Bewlay,?J.?Yao,?et?al.,?Electrochem.?Solid?State,?2004，7：A321；X.?L.?Li?,?Y.?D.?Li,?J.?Phys.?Chem.?B,?2004，108：13893.)。1995年Miki等研究了無定形MoS₂的電化學嵌鋰和脫鋰性能(Y.?Miki,?D.?Nakazato,?H.?Ikuta,?et?al.,?J.?Power?Sources，1995,?54:?508)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)他們所合成的無定形MoS₂?粉體中，性能最好的樣品的電化學嵌脫鋰的可逆容量只有200?mAh/g,?在循環(huán)100次以后，其可逆容量下降到100?mAh/g,?為其初始容量的一半。因此，其可逆容量和循環(huán)穩(wěn)定性能還需要進一步改進。合成納米結(jié)構(gòu)的電活性材料是改善其電化學性能的一個有效途徑。Li等[J.?Alloys?Compounds，2009，471(1-2)?442-447]用離子液體協(xié)助的水熱方法合成了花狀形貌的MoS₂，其電化學貯鋰可逆容量達到850?mAh/g，但是其充放電循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率充放電特性依然欠佳，有待進一步改善和增強。

最近，單層或少層數(shù)的二維納米材料的研究引起了人們的極大興趣。石墨烯是目前研究的最多單層二維納米材料，石墨烯以其獨特的二維納米片結(jié)構(gòu)具有眾多獨特的物理、化學和力學等性能，具有重要的科學研究意義和廣泛的應(yīng)用前景。石墨烯具有極高的比表面積、高的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能、高的電荷遷移率，優(yōu)異的力學性能。石墨烯作為微納米電子器件、新能源電池的電極材料、固體潤滑劑和新型的催化劑載體的具有廣泛的應(yīng)用前景。石墨烯納米片及其復(fù)合材料的合成及其作為鋰離子電池負極材料的研究得到了廣泛關(guān)注。理論計算表明石墨烯納米片的兩側(cè)可以貯鋰，其理論容量為744?mAh/g，是石墨理論容量(372?mAh/g)的兩倍。但是也有一些文獻報道石墨烯及其復(fù)合材料電極的循環(huán)性能還有待改善，如：石墨烯與金屬氧化物(SnO₂,?Sn?或Si納米粒子復(fù)合材料在循環(huán)30-50次以后，其容量有大約只有原來的70%左右，這是由于SnO₂,?Sn?或Si納米粒子與石墨烯在微觀形貌和晶體結(jié)構(gòu)上存在較大的差異。