[發明專利]金屬鐵離子摻雜MoS2

在審

• 申請號: 202010613478.7
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111717934A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 陶華超;李靜;段原森;楊學林
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: C01G39/06
• 分類號: C01G39/06;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明公開了一種金屬鐵離子摻雜MoS₂的鈉離子電池負極材料及其制備方法，屬于電化學和新能源材料領域。通過有機溶劑DMF高溫水熱的方法合成出的鐵離子摻雜的MoS₂，具有金屬相的導電性和較大的二維層間距。鐵離子的微量摻雜，形成了異質摻雜金屬相1T?FeMoS復合材料，該1T金屬相材料比傳統的2H半導體相具有更優良的導電性能。且硫脲再分解過程中產生的NH⁴⁺在一定程度上擴大了該二維材料的層間距更利于鈉離子的活性脫嵌反應。本發明是通過硫酸亞鐵、鉬酸銨和硫脲在DMF和去離子水混合液中通過一步水熱法制得鐵離子摻雜MoS₂的復合材料。傳統MoS₂理論比容量較高，但較小的層間距以及結構的不穩定性導致材料的比容量降低，通過鐵離子的摻雜，顯著改善了材料的倍率性能和循環穩定性。

技術領域

本發明公開了一種金屬鐵離子摻雜MoS₂的鈉離子電池負極材料及其制備方法，屬于電化學和新能源材料領域。

背景技術

高能量密度儲能器件的發現與探索是近年來新能源領域最重要的研究課題之一。一直以來，鋰離子電池因其能量密度高、循環壽命長被認為是較好的電化學儲能裝置，然而，鋰的來源是儲量并不豐富的地殼，而與鋰同主族的鈉元素，有著極為豐富的地殼儲量，為此在很大程度上推動了鈉離子電池的研究，且作為一種經濟有效的儲能系統引起了人們極大的興趣。

二維層狀過渡金屬硫化物具有低成本和高理論比容量的特點，MoS₂作為一種典型的二維層狀材料，層間距較大，且MoS₂是由較弱的范德華力將單層結構粘結在一起，使得鈉離子很容易嵌入到夾層中可以促進相對于鋰離子半徑較大的鈉離子的嵌入和脫出，在鈉離子電池應用領域，MoS₂被認為是一種很有前途的儲能材料。但由于MoS₂在充放電過程中具有較低的電導率和較大的體積變化，使得基于轉換反應機理的循環穩定性和倍率性能較差，到目前為止，很多新型MoS₂復合材料已被報道來解決這些缺陷。CN201811258080專利發明了一種鐵離子摻雜的MoS₂納米材料的制備方法，還提供了一種泡沫鎳負載的鐵離子摻雜的MoS₂納米材料，其中包括泡沫鎳基底和負載于所述泡沫鎳基底上的鐵離子摻雜的MoS₂納米材料。該復合材料通過溶劑熱反應一步即可得到目標產物，操作簡單，且在制備過程中無須引入表面活性劑進行形貌調控，產物表面潔凈易清洗。本發明綜合該復合材料的優點，涉及到一種金屬鐵離子摻雜MoS₂的鈉離子電池負極材料及其制備方法，該法制備得到的1T金屬相材料，顯著改善了材料的倍率性能和循環性能。因此MoS₂作為電極材料的應用可以促進儲能應用的發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬鐵離子摻雜MoS₂的鈉離子電池負極材料。該材料的制備是將硫酸亞鐵、鉬酸銨和硫脲以一定比例均勻混合在由25mlDMF和10ml去離子水形成的混合溶液中，經過200℃水熱24h后干燥得到鐵離子摻雜的MoS₂材料，本發明的制備方法簡單，制備過程安全，能耗低，可操作性強。采用本發明的技術方案得到的金屬鐵離子摻雜MoS₂的鈉離子電池材料中，鐵離子的微量摻雜，形成了異質摻雜金屬相1T-FeMoS復合材料，該1T金屬相材料比傳統的2H半導體相具有更優良的導電性能。且硫脲再分解過程中產生的NH⁴⁺在一定程度上擴大了該二維材料的層間距更利于鈉離子的活性脫嵌反應。本發明是通過硫酸亞鐵、鉬酸銨和硫脲在DMF和去離子水混合液中通過一步水熱法制得鐵離子摻雜MoS₂的復合材料。

本發明的目的是這樣實現的：金屬鐵離子摻雜MoS₂的鈉離子電池負極材料制備方法，其工藝步驟：