[發明專利]一種MoS2納米片/碳海綿復合材料及其制備方法及應用

在審

• 申請號: 201810298859.3
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108598397A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 鎖國權;王偉;于琪瑤;賀蒙
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;陳征

本發明涉及一種MoS₂納米片/碳海綿復合材料及其制備方法與應用，所述MoS₂納米片/碳海綿復合材料以碳海綿為多孔基體，MoS₂納米片至少部分包覆在碳海綿骨架結構表面。所述制備方法具體為：在含有鉬源和硫源的混合水溶液中，加入碳海綿，置于160～200℃的溫度下，反應6～24小時，即得。本發明制備工藝簡單，生產周期短，易于產業化生產，制備得到的MoS₂/碳海綿復合材料具有大規模推廣應用的潛力，尤其適用于鉀離子電池的負極材料。

技術領域

本發明屬于功能納米材料領域，具體涉及一種MoS₂納米片/碳海綿復合材料及其制備方法以及在鉀離子電池中的應用。

背景技術

為了解決世界能源危機，尋求廉價高效的能源供給方式已成為當今研究熱點。可充電電池為我們提供了一套有效的儲能方案，其中鋰離子電池是當今已能夠實現商業化應用的儲能系統。然而由于鋰資源匱乏導致鋰離子電池價格高昂無法大規模應用。因此，探索新型可替代鋰離子電池的充電電池逐漸受到研究者們的廣泛關注。鉀離子電池由于鉀礦資源的豐富儲量以及具有接近于鋰離子電池的電位而逐漸引起研究者們的興趣。目前，鉀離子電池的研究主要集中在探索合適的正負極材料。對于鉀離子電池負極材料，目前研究的比較多的是各種碳質材料。然而碳質材料由于容量比和循環壽命低等缺陷而阻礙了鉀離子電池向著高效儲能設備的發展。因此，尋找探索碳質材料之外的新型負極電極材料對于鉀離子電池的發展有著深遠意義。

過渡金屬硒化物二硫化鉬由于能夠與堿金屬離子發生可逆置換反應生成合金而被研究應用于鋰離子電池與鈉離子電池負極材料中，并且表現出了良好的容量比與循環性能。二硫化鉬納米片用作鉀離子電池負極材料的研究目前已有報道，但是比容量仍不高。二硫化鉬納米片與三維碳海綿材料的復合材料用作鉀離子負極電池材料目前被報道。將二硫化鉬納米片與三維碳海綿復合在一起不僅能提高活性物質與電解液的接觸面積而且能夠提高電極材料的電導率從而提高電池的性能。二硫化鉬納米片與三維碳海綿復合材料用于鉀離子電池負極材料對于擴充鉀離子電池負極材料以及提高鉀離子電池的儲能性能有著重要的指導與借鑒意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種簡單、高效、低成本制備的MoS₂納米片/碳海綿復合材料。

所述MoS₂納米片/碳海綿復合材料，以碳海綿作為多孔基體，MoS₂納米片至少部分包覆在所述碳海綿的骨架結構的表面。

其中，所述碳海綿為三維橋聯結構；這種三維骨架橋聯結構的碳海綿具有比表面積大的特點；可與電解液重復接觸，有效提高比容量。可直接負載活性物質MoS₂納米片作為集流體。

優選地，所述碳海綿為氮摻雜的三維橋聯結構。采用氮摻雜的碳海綿能有效提高碳的導電性能。

優選地，所述MoS₂納米片以團簇形式均勻的包覆在所述碳海綿的骨架結構的表面。

碳海綿骨架結構的表面具體指碳海綿的整個結構，即暴露的部分都包覆了MoS₂納米片，如圖2所示。

本發明的第二個目的在于提供一種MoS₂納米片/碳海綿復合材料的制備方法，具體為：在含有鉬源和硫源的混合水溶液中，加入碳海綿，置于160～200℃的溫度下，反應6～24小時，即得。

其中，所述鉬源選自鉬酸鈉、鉬酸鉀、鉬酸銨中的一種；

所述硫源選自硫脲、硫代乙酰胺、硫化鈉中的一種；

優選地，所述鉬源和硫源的摩爾比為1:(1～3)。

其中，所述混合水溶液中還包括活化劑，所述活化劑為聚乙二醇；選自聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇10000中一種或多種；