[發(fā)明專利]一種鋰離子電池單層MoS2/石墨烯復(fù)合電極的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210187883.2
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN102723463A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳衛(wèi)祥;王臻;黃國創(chuàng);馬琳
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393;H01M4/1397
• 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)明涉及一種鋰離子電池復(fù)合電極的制備方法，尤其是鋰離子電池單層MoS₂/石墨烯復(fù)合電極的制備方法。?

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(dòng)電話和筆記本電腦等便攜式移動(dòng)電器。作為動(dòng)力電池，鋰離子電池在電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車上也具有廣泛的應(yīng)用前景。目前鋰離子電池的負(fù)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(fù)極材料具有高的電化學(xué)貯鋰容量，而且要求其具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能和高倍率充放電特性。?

MoS₂和WS₂具有類似石墨的典型層狀結(jié)構(gòu)，其層內(nèi)S-Mo-S以共價(jià)鍵結(jié)合，層間則以較弱的范德華力結(jié)合，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(xué)儲(chǔ)鋰和電化學(xué)儲(chǔ)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)。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(xué)貯鋰可逆容量達(dá)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(jìn)一步改善和增強(qiáng)。?

最近，單層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(dú)特的二維納米片結(jié)構(gòu)具有眾多獨(dú)特的物理、化學(xué)和力學(xué)等性能，具有重要的科學(xué)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(xué)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。石墨烯及其復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用得到了廣泛研究。理論計(jì)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。Yoo等[Nano?Letters,?2008，8(8):?2277-2282]研究顯示石墨烯有較高的電化學(xué)可逆貯鋰容量(540?mAh/g),?石墨烯與碳納米管或C₆₀復(fù)合的復(fù)合材料的電化學(xué)貯鋰容量分別是730和784?mAh/g。但是也有一些文獻(xiàn)報(bào)道石墨烯及其復(fù)合材料電極的循環(huán)性能還有待改善。?

石墨烯的發(fā)現(xiàn)及其研究也激起了人們對其他無機(jī)單層二維納米材料的研究興趣，這些單層非碳無機(jī)二維納米材料具有與石墨烯類似的二維納米片結(jié)構(gòu)，如：單層的過渡金屬二硫化物MoS₂和WS₂。研究證明層狀結(jié)構(gòu)的無機(jī)化合物，其電子性能與其層數(shù)有密切關(guān)系。最近研究顯示與體相材料相比，單層MoS₂和WS₂具有一些新的物理化學(xué)和光電性能。單層MoS₂作為鋰離子電池負(fù)極材料也顯示了良好的性能，具有較高的電化學(xué)貯鋰容量[Xiao?Jie,?Choi?Daiwon,?Cosimbescu?Lelia,?et?al.,?Chemistry?of?Materials，2010，?22(16):?4522-4524]。但是由于MoS₂本質(zhì)上是半導(dǎo)體材料，其電子電導(dǎo)率不夠高，作為電極材料的應(yīng)用需要增強(qiáng)其導(dǎo)電性能。?