[發明專利]石墨烯摻雜WS2

有效

• 申請號: 201810657577.8
• 申請日: 2018-06-20
• 公開（公告）號: CN108899496B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 廖家軒;吳孟強;徐自強;宋堯琛;鞏峰;馮婷婷;王思哲;陳誠
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/054;B82Y30/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種平面納米蜂窩狀的石墨烯摻雜WS₂的制備方法以及在鋰或鈉離子電池負極中的應用，屬于功能材料技術領域。本發明通過對反應物、十六烷基三甲基溴化銨添加量等參數的優化，獲得了由納米孔組成的規則微球狀WS₂；在此基礎上，通過石墨烯摻雜WS₂，將球狀形貌的WS₂改善為平面納米蜂窩狀形貌，得到的石墨烯摻雜WS₂具有比表面積大、導電性強、力學性能優良和結構穩定等特點，應用于鋰離子或鈉離子電池中大大提高了電池的性能，是一種優異的負極材料。

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，具體涉及一種石墨烯摻雜WS₂的制備方法以及在鋰或鈉離子電池負極中的應用。

背景技術

WS₂是一種典型的過渡金屬二硫化物，層內為S-W-S共價鍵結合力，層間為范德華力，晶面間距大，有利于金屬離子在基體中擴散，是鋰離子電池和鈉離子電池的理想負極材料。研究表明，理論上1mol WS₂可容納4mol電子，儲鋰容量可達433mAhg^-1，高于石墨的372mAhg^-1。但是，純WS₂作為電極材料存在易團聚、導電性差和體積膨脹等缺陷。因此，將導電性好和機械強度高的碳材料摻雜 WS₂作為電池負極材料具有重要意義。

石墨烯是一種二維納米碳材料，具有許多優異性質：如其強度高達130GPa，為鋼的100倍以上，是已測試材料中最高的；其載流子遷移率達1.5×10⁴ cm²·V^-1·S^-1，是目前最高遷移率的銻化銦的2倍，超過商用硅片遷移率的10倍。

制備石墨烯與WS₂的復合材料并以此作為電極材料成為最近一個研究熱點，但是這些研究所獲得的電池性能并沒有達到預想結果，主要原因應歸結為采用常規水熱法難以獲得納米結構。

發明內容

本發明的目的在于針對背景技術存在的缺陷，提出一種平面納米蜂窩狀的石墨烯摻雜WS₂的制備方法以及在鋰或鈉離子電池負極中的應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種納米孔微球狀WS₂，其特征在于，所述納米孔微球狀WS₂為帶納米孔的微球結構，納米孔的孔徑為25～200nm，微球的直徑為1～4μm。

一種納米孔微球狀WS₂的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入去離子水中，在冰浴中超聲混合，得到質量濃度為0.2～6mg/mL的十六烷基三甲基溴化銨溶液；

步驟2、在步驟1得到的CTAB溶液中加入硫源和鎢源，得到混合液A，然后將混合液A的pH調節至5～9，并在冰浴中超聲混合均勻，得到混合液B；所述混合液A中硫源的濃度為0.5～1.5mol/L，鎢源的濃度為0.08～0.15mol/L；

步驟3、將步驟2得到的混合液B轉移至水熱反應釜中，在150～250℃下進行水熱反應，反應時間為14～28h，反應結束后，自然冷卻至室溫，取出，分離，得到的產物洗滌、干燥；

步驟4、將步驟3洗滌、干燥后得到的粉體置于退火爐內進行梯度退火：首先在500～550℃下退火1～2h，再在550～600℃下退火1～2h，最后在600～650℃下退火 1～2h，得到所述納米孔微球狀WS₂。

進一步地，步驟1所述CTAB的濃度為3～6mg/mL；所述在冰浴中超聲的時間為5～90min，優選為15～45min；冰浴在冰袋中進行，冰塊消失至30％時更換冰袋。