[發(fā)明專利]一種二硫化鉬-三維石墨烯復(fù)合材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711295375.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN109904396A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭金;張會(huì)成;王少軍;凌鳳香
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
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• 代理人: 暫無信息

一種二硫化鉬?三維石墨烯復(fù)合材料，其通過以下方法制備：利用氧化石墨烯和L?半胱氨酸制備三維石墨烯氣凝膠，將鉬鹽、硫粉和三維石墨烯氣凝膠研磨后置于微波反應(yīng)腔中，以300?1000W的微波功率加熱10?60min，得到二硫化鉬?三維石墨烯復(fù)合材料。本發(fā)明的材料是在微波加熱條件下，氧化石墨烯被熱還原為石墨烯，同時(shí)生成的MoS₂直接在石墨烯表面上原位生長，微波加熱速度快，加熱均勻使得MoS₂納米片與石墨烯結(jié)合牢固，不易造成顆粒堆積，極大縮短了合成材料所需的時(shí)間并且緩解了石墨烯和MoS₂在長期受熱情況下團(tuán)聚的問題；且三維結(jié)構(gòu)的石墨烯相比于二維結(jié)構(gòu)在復(fù)合過程中不易發(fā)生重堆疊和團(tuán)聚，更好的保證了石墨烯優(yōu)異性質(zhì)的發(fā)揮，上述復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料，顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二硫化鉬-三維石墨烯結(jié)構(gòu)鋰電池負(fù)極材料，并提供其制備方法，屬于納米復(fù)合材料及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于其高能量密度，高工作電壓以及較長的使用壽命被廣泛應(yīng)用于手機(jī)，電動(dòng)汽車等現(xiàn)代電能存儲(chǔ)體系。負(fù)極材料的電化學(xué)性質(zhì)直接影響了鋰離子電池的整體性能。石墨由于具有高庫倫效率，良好的循環(huán)穩(wěn)定性，自然界儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料。然而其較低的比容量（372mAh g^-1）和較差的倍率性能無法滿足未來便攜設(shè)備和電動(dòng)汽車的需求，因此，迫切需求開發(fā)新型高性能的鋰電池負(fù)極材料。

過渡金屬硫?qū)倩衔锸遣牧项I(lǐng)域中一個(gè)重要組成部分，由于其特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)以及在各個(gè)領(lǐng)域潛的應(yīng)用價(jià)值引起了廣泛的關(guān)注和濃厚的研究興趣，并且日益顯示出許多獨(dú)特的性能，例如光電學(xué)性能，磁力性能和超導(dǎo)性能。部分過渡金屬硫?qū)倩衔锞哂歇?dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，層間可以引入其他堿金屬或者其他原子。其中，MoS₂作為一種典型的過渡金屬硫?qū)倩衔铮哂蓄愃剖┑膶訝罱Y(jié)構(gòu)和高理論容量（670 mAh g^-1），并且價(jià)格低廉，穩(wěn)定性好，因此作為一種潛在的高性能鋰電池負(fù)極材料引起了廣泛關(guān)注。

然而MoS₂導(dǎo)電性能差，以及循環(huán)穩(wěn)定性差等缺陷阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。二維結(jié)構(gòu)的石墨烯具有高比表面積和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，并且電化學(xué)穩(wěn)定性好，使得MoS₂/石墨烯納米復(fù)合材料成為了研究熱點(diǎn)。

CN106207171A提供了一種制備MoS₂/石墨烯納米復(fù)合材料的方法，主要通過水熱復(fù)合過程，水熱后的產(chǎn)品經(jīng)過洗滌干燥后得到MoS₂/石墨烯納米復(fù)合材料，將所得的MoS₂/石墨烯納米復(fù)合材料應(yīng)用在鋰電池負(fù)極材料中，顯示了較優(yōu)異的電化學(xué)性能。但是水熱和溶劑熱復(fù)合過程存在一些問題，例如反應(yīng)時(shí)間長，往往需要反應(yīng)20h以上，反應(yīng)過程中很難將氧化石墨烯完全還原，并且MoS₂與石墨烯結(jié)合不穩(wěn)定，在充放電過程中易導(dǎo)致電極的破壞，此外水熱得到的產(chǎn)品還需要經(jīng)過洗滌、分離、干燥等過程，容易造成石墨烯的重新堆積從而影響鋰離子在石墨烯中的傳輸，進(jìn)而影響MoS₂/石墨烯納米復(fù)合材料的電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中二硫化鉬/石墨烯納米復(fù)合材料多是采用水熱法，或在合成過程中需要溶劑，反應(yīng)時(shí)間一般較長，產(chǎn)品需要復(fù)雜的分離后處理過程，合成材料中MoS₂與石墨烯結(jié)合不穩(wěn)定，充放電易導(dǎo)致電極破壞的問題，本發(fā)明提供一種無溶劑法合成二硫化鉬-三維石墨烯復(fù)合材料的方法，所得產(chǎn)品無需洗滌、分離、干燥等過程，直接可用于鋰電池負(fù)極材料，應(yīng)用性能好。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明第一方面提供了一種二硫化鉬-三維石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

a. 將氧化石墨烯和L-半胱氨酸超聲分散在去離子水中，置于水熱合成釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到水凝膠，進(jìn)行干燥后得到三維石墨烯氣凝膠；

b. 將步驟a制備的三維石墨烯氣凝膠與鉬鹽、硫粉混合置于球磨機(jī)內(nèi)研磨；