[發明專利]一種碳包覆的中空二硫化鉬多面體材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710505838.X
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107331840A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 林志雅;武玉琪;徐燕婷;林應斌;黃志高
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司35211
• 代理人: 戴雨君

技術領域

本發明涉及一種利用水熱法制備碳包覆的中空二硫化鉬多面體材料的方法，屬于鋰離子電池材料制備技術領域。

技術背景

鋰離子二次電池具有工作電壓高、能量密度大、輸出功率高、循環穩定性好和環境友好等優點，已經廣泛應用于便攜式數碼設備、電動工具和大規模電儲能等領域，在電動汽車市場方面也有廣闊的市場前景，被公認為是21世紀對國民經濟和社會發展具有重要意義的高新技術產品。

近年來，具有較大嵌鋰比容量的二硫化鉬逐漸成為鋰離子電池負極材料領域的研究熱點。二硫化鉬具有典型的三層式結構，兩個硫層之間夾著一個金屬鉬層，層與層之間通過微弱的范德華力相連，層內的 S-Mo-S 原子之間通過較強的共價鍵連接。這種相鄰層間較弱的相互作用力有利于實現鋰離子在層間的大量存儲。但是，二硫化鉬較低的電子電導和較低的離子遷移率限制了其在高能量密度、高功率密度的鋰離子動力電池和儲能系統中的應用前景。材料的納米化和碳材料修飾是改善二硫化鉬大電流充放電性能和循環穩定性的重要途徑。例如，通過合成納米級片狀二硫化鉬（“納米級片狀二硫化鉬的制備方法”申請號：201010185621.3）和蠕蟲狀二硫化鉬（“一種蠕蟲狀二硫化鉬及其制備方法”申請號：201510345221.7），增大了電極表面與電解液的接觸面積，減少了鋰離子的擴散路徑和脫嵌鋰深度，進而提高了二硫化鉬的實際比容量和大電流充放電性能；通過石墨烯修飾（MoS₂/Graphene Hybrid Nanoflowers with Enhanced Electrochemical Performances as Anode for Lithium-Ion Batteries）、碳納米管復合（Synthesis of MoS₂@SnO₂@CNT hierarchical heterojunction structure to enhance their Li-ion storage performance）或碳纖維復合（Uniform growth of MoS₂ nanosheets on carbon nanofibers with enhanced electrochemical utilization for Li-ion batteries），都顯著改善了二硫化鉬復合材料的電化學性能。然而，上述二硫化鉬的改性工藝比較復雜且制備成本較高，不利于工業化生產。本發明利用水熱法制備了碳包覆的中空二硫化鉬多面體材料，二硫化鉬的中空多面體結構可以有效緩解鋰離子嵌入/脫出所引起的結構變化，碳包覆有利于提高電極材料的循環穩定性和大電流充放電性能。

發明內容

為了提高二硫化鉬材料的大電流充放電性能和循環穩定性，本發明利用水熱法制備了碳包覆的中空二硫化鉬多面體的復合電極材料，既提高了材料的結構穩定性，又增強了復合材料的導電性，進而改善了二硫化鉬的電化學性能。

為實現本發明的目的，采用的技術方案是：

1、利用水熱法獲得碳包覆中空二硫化鉬多面體材料

1）分別將三氧化鉬、硫氰酸鉀、氟化鈉按0.8～1.5 : 3.5～4.2 ：5.5～6.5摩爾比溶于無水乙醇和去離子水的混合溶液中，充分攪拌30分鐘，其中無水乙醇和去離子水的體積比為1～3 :1.5～4.5。

2）加入可溶性碳的化合物，充分攪拌0.5～2小時后得到懸濁液。

本發明所述的可溶性碳的化合物是D-葡萄糖和蔗糖中的一種，按水熱反應后所得到的多面體材料的5~30質量分數計算D-葡萄糖或蔗糖的用量。

3）將所得的懸濁液移入反應釜中，放入烘箱，在200～240℃下反應12～36小時。

4）將步驟3）所得溶液進行離心、洗滌、干燥，最后在惰性氣體氣氛下于400～700℃燒結2～4小時，從室溫升到煅燒溫度的升溫速率為1～5℃/分鐘，冷卻后得到本發明所述的碳包覆中空二硫化鉬多面體材料的復合產物。

本發明制備方法所合成的碳包覆中空二硫化鉬多面體材料，充分利用了二硫化鉬空心結構增大了材料與電解液的接觸面積，利用碳包覆增強了復合材料的結構穩定性和電子傳輸能力，極大地改善了復合材料的大電流充放電性能和循環穩定性。該方法工藝過程簡單、設備要求低且合成成本低。

附圖說明

圖1是本發明實施例1制備的樣品A的掃描電子顯微鏡照片。

圖2是本發明實施例1制備的樣品A的X射線衍射圖譜。

圖3是本發明實施例1制備的樣品A的循環性能曲線。