[發明專利]一種二硫化鉬/三維石墨烯復合材料

在審

• 申請號: 201711296630.8
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN109904400A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 郭金;張會成;王少軍;凌鳳香
• 申請（專利權）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: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種二硫化鉬/三維石墨烯復合材料，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，將四硫代鉬酸銨和三維石墨烯氣凝膠研磨后置于微波反應腔中，以300?1000W的微波功率加熱1?20min，得到二硫化鉬/三維石墨烯復合材料。本發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，同時單源前體受熱迅速分解生成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納米片與石墨烯結合牢固，不易造成顆粒堆積，極大縮短了合成材料所需的時間并且緩解了石墨烯和MoS₂在長期受熱情況下團聚的問題；且三維結構的石墨烯相比于二維結構在復合過程中不易發生重堆疊和團聚，更好的保證了石墨烯優異性質的發揮，上述復合材料作為鋰離子電池負極材料，顯示出良好的循環穩定性和倍率性能。

技術領域

本發明涉及一種二硫化鉬/三維石墨烯結構鋰電池負極材料，并提供其制備方法，屬于納米復合材料及其應用技術領域。

背景技術

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用于手機，電動汽車等現代電能存儲體系。負極材料的電化學性質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，良好的循環穩定性，自然界儲量豐富等優點被廣泛應用于鋰離子電池負極材料。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備和電動汽車的需求，因此，迫切需求開發新型高性能的鋰電池負極材料。

過渡金屬硫屬化合物是材料領域中一個重要組成部分，由于其特殊的物理、化學性質以及在各個領域潛的應用價值引起了廣泛的關注和濃厚的研究興趣，并且日益顯示出許多獨特的性能，例如光電學性能，磁力性能和超導性能。部分過渡金屬硫屬化合物具有獨特的層狀結構，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屬化合物，具有類似石墨烯的層狀結構和高理論容量（670 mAh g^-1），并且價格低廉，穩定性好，因此作為一種潛在的高性能鋰電池負極材料引起了廣泛關注。

然而MoS₂導電性能差，以及循環穩定性差等缺陷阻礙了其大規模應用。二維結構的石墨烯具有高比表面積和優異的導電性能，并且電化學穩定性好，使得MoS₂/石墨烯納米復合材料成為了研究熱點。

CN106207171A提供了一種制備MoS₂/石墨烯納米復合材料的方法，主要通過水熱復合過程，水熱后的產品經過洗滌干燥后得到MoS₂/石墨烯納米復合材料，將所得的MoS₂/石墨烯納米復合材料應用在鋰電池負極材料中，顯示了較優異的電化學性能。但是水熱和溶劑熱復合過程存在一些問題，例如反應時間長，往往需要反應20h以上，反應過程中很難將氧化石墨烯完全還原，并且MoS₂與石墨烯結合不穩定，在充放電過程中易導致電極的破壞，此外水熱得到的產品還需要經過洗滌、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，進而影響MoS₂/石墨烯納米復合材料的電化學性能。

發明內容

為解決現有技術中二硫化鉬/石墨烯納米復合材料多是采用水熱法，或在合成過程中需要溶劑，反應時間一般較長，產品需要復雜的分離后處理過程，合成材料中MoS₂與石墨烯結合不穩定，充放電易導致電極破壞的問題，本發明提供一種無溶劑法合成二硫化鉬/三維石墨烯復合材料的方法，所得產品無需洗滌、分離、干燥等過程，直接可用于鋰電池負極材料，應用性能好。

為實現上述技術目的，本發明第一方面提供了一種二硫化鉬/三維石墨烯復合材料的制備方法，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，進行水熱反應，得到水凝膠，進行干燥后得到三維石墨烯氣凝膠；