[發明專利]硫鉬鋅/碳納米片結構復合材料及其制備方法與作為負極材料的應用

有效

• 申請號: 202010623561.2
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111725501B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 李博;陶緒堂;張夢起;莊吉;趙相炎
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李健康

本發明公開了一種硫鉬鋅/碳納米片結構復合材料，其顆粒呈現均勻的納米片形貌，納米片厚度為2～30納米，分散性好；該復合材料中鋅:硫:鉬的原子比為1:4:1，其中的碳含量以質量百分比計為12％～22％。所述復合材料是以固體二水合醋酸鋅、硫代乙酰胺、四水合鉬酸銨和葡萄糖為原料，以超純水作為反應媒介，在高溫高壓反應容器內以24～30MPa、380～400攝氏度、1～4小時的條件范圍進行反應，之后再500～700攝氏度煅燒制得。本發明還公開了所述復合材料在制備鋰離子電池負極材料中的應用。實驗證實本發明的復合材料作為鋰離子電池負極材料具有優異的循環和倍率性能，有望在鋰離子電池負極材料領域具有廣闊的應用。

技術領域

本發明涉及一種可作為電池負極材料的納米片復合材料及其制備方法，尤其涉及一種硫鉬鋅/碳(ZnMoS₄/C)納米片結構復合材料及其制備方法與作為鋰離子電池負極材料的應用。

背景技術

過渡金屬硫化物(例如二硫化鉬、硫化鈷和硫化鎳等)是一類典型的轉換型負極材料，并被發現具有較高的比容量、高電化學活性以及高穩定性，因此在鋰離子電池中表現出一定的應用前景。然而，單金屬過渡金屬硫化物在用作鋰離子電池負極材料時存在著一些缺點，比如電子電導率低，鋰離子擴散速率慢以及與鋰離子結合過程中體積變化大等。這些缺點會導致在重復的充放電過程中電極材料表現出低的首次庫倫效率以及較差的循環和倍率性能。因此，在電化學性能包括首次庫倫效率，循環性能和倍率性能等方面獲得突破，是當前研究過渡金屬硫化物負極材料的一個重要方向。

在最近的研究工作中，多組分的雙金屬硫化物被發現具有更高的電化學活性和穩定性，其原因在于基于合金化/脫合金化反應和轉換反應等多種反應機制，雙金屬硫化合物中的兩種金屬元素具有明顯的自導電效應。此外，由于氧化還原電位的不同，未反應的組分可以作為反應組分的臨時緩沖劑或導電劑。檢索顯示，已經有少數的雙金屬硫化物被成功制備，并且在電極材料中表現出優異的電化學性能。但是，雙金屬硫化物的合成普遍使用共沉淀法和普通水熱法。這些方法存在著一些問題，比如共沉淀法反應步驟復雜，得到的產物顆粒團聚嚴重，形貌不均勻，而普通水熱法反應時間較長，結果重復性差，難以放大批量實驗等。因此，研究快速、有效和重復性好的合成方法對獲得物相組分理想、顆粒形貌均勻的雙金屬硫化物材料具有重要的科學研究意義。

申請人研究發現超臨界水反應體系可以快速有效地合成雙金屬硫鉬鋅(ZnMoS₄)及硫鉬鋅/碳(ZnMoS₄/C)納米片結構復合材料，并且獲得的產物物相組分理想、顆粒形貌均勻。進一步地，申請人深入研究發現，硫鉬鋅/碳(ZnMoS₄/C)納米片結構復合材料作為鋰離子電池負極材料具有優異的電化學性能，包括高比容量和高倍率性能。目前，關于超臨界水反應體系合成雙金屬硫鉬鋅(ZnMoS₄)及硫鉬鋅/碳(ZnMoS₄/C)納米片結構復合材料及其用作鋰離子電池負極材料的相關論文或專利還未見報道。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明要解決的問題是提供一種硫鉬鋅/碳(ZnMoS₄/C)納米片結構復合材料及一種簡便、快速、有效的高溫高壓超臨界水反應體系合成雙金屬硫鉬鋅(ZnMoS₄)及硫鉬鋅/碳(ZnMoS₄/C)納米片結構復合材料的方法和以所述材料作為電池負極材料的應用。