[發(fā)明專利]二硫化鎢/碳復(fù)合納米棒的制備方法及其制品、應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010625711.3
• 申請(qǐng)日: 2020-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN111661877B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓美勝;于杰;李佳洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 松山湖材料實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號(hào): C01G41/00
• 分類號(hào): C01G41/00;C01B32/15;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 劉曉敏

本發(fā)明公開了一種二硫化鎢/碳復(fù)合納米棒的制備方法及其制品、應(yīng)用，本發(fā)明提供的制備方法步驟簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，成品率高，成本低，利于批量大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明制得的二硫化鎢/碳復(fù)合納米棒是由碳插層的WS₂超薄納米片與N摻雜的碳復(fù)合而成的，并且是垂直生長(zhǎng)在碳基底上的。碳基底與納米棒中的碳形成了雙導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可以提高導(dǎo)電性并緩解WS₂在充放電過程中的體積膨脹，同時(shí)能夠降低硫化物轉(zhuǎn)換過程中的團(tuán)聚。碳層插入的結(jié)構(gòu)有利于擴(kuò)大WS₂的層間距，從而利于更多鋰離子的嵌入，且N摻雜的碳可以提高碳的導(dǎo)電性，促進(jìn)了鋰離子的傳輸效率，將本發(fā)明復(fù)合納米棒作為鋰離子電池負(fù)極材料，能有效提高鋰離子電池的容量、循環(huán)性能以及倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種二硫化鎢/碳復(fù)合納米棒的制備方法及其制品、應(yīng)用。

背景技術(shù)

當(dāng)今世界傳統(tǒng)能源逐步耗盡，極端氣候頻繁爆發(fā)，綠色環(huán)保的新能源如太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能等逐漸引起人們關(guān)注，但因其不可持續(xù)性及不易儲(chǔ)存性無法達(dá)到移動(dòng)電子設(shè)備和新能源交通工具的使用需求，研究出可以高性能存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)換能源的儲(chǔ)能裝置變得日益重要。相比于超級(jí)電容器、鉛酸電池和燃料電池等其他儲(chǔ)能設(shè)備，鋰離子電池因其成本低、比能量高、循環(huán)性能好、商業(yè)化程度高等優(yōu)點(diǎn)而被大量應(yīng)用。傳統(tǒng)商業(yè)化鋰離子電池使用石墨作為負(fù)極材料，但其較低的理論容量(372mAh/g)和較差的倍率性能越來越無法滿足用戶對(duì)高能量密度和高功率密度電池的需求，設(shè)計(jì)與開發(fā)具有更高性能的負(fù)極材料持續(xù)吸引著學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。

當(dāng)下研究的下一代負(fù)極材料種類眾多，如碳材料、合金材料、過渡金屬氧化物和硫化物等，其中二硫化鎢具有較高的理論容量、獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和較低的原料價(jià)格，以其未來極佳的應(yīng)用前景而備受各方關(guān)注。然而二硫化鎢的導(dǎo)電性差，容量在充放電過程中由于體積膨脹大易衰減，多硫化物中間體易溶解和較差的鋰離子擴(kuò)散動(dòng)力等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性差，限制了其實(shí)際應(yīng)用。

公開號(hào)“CN104577048A”，名稱為“WS₂-C納米復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法”，其披露了一種將WS₂粉和石墨粉通過機(jī)械球磨得到納米WS₂與碳基復(fù)合材料的方法。該方法中合成的WS₂-C復(fù)合材料是由納米WS₂顆粒均勻分布于石墨基體中形成的，由于其無納米棒狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性差，而且WS₂未形成碳插層，層間距較小，導(dǎo)致其存儲(chǔ)容量較低，此外其碳未有N摻雜結(jié)構(gòu)，不利于鋰離子的傳輸。

公開號(hào)“CN104828867A”，名稱為“溶劑熱法制備三維納米層狀結(jié)構(gòu)WS₂及其電化學(xué)應(yīng)用”，其披露了一種溶劑熱法制備三維納米層狀結(jié)構(gòu)WS₂，通過混合鎢酸、S粉、辛胺和正乙醇溶液，經(jīng)水熱、過來、干燥、熱處理等方法得到三維納米層狀結(jié)構(gòu)WS₂材料。但是由于該WS₂材料未形成碳插層結(jié)構(gòu)，層間距較小，導(dǎo)致其儲(chǔ)鋰容量不太理想，同時(shí)也未加入N摻雜碳的結(jié)構(gòu)，循環(huán)穩(wěn)定性仍有提升空間。

公開號(hào)“CN106450183A”，名稱為“一種千層巖結(jié)構(gòu)二硫化鎢/碳納米復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用”，其披露了一種千層巖結(jié)構(gòu)二硫化鎢/碳納米復(fù)合材料的制備方法，以有機(jī)胺插層的H₂W₂O₇為前驅(qū)體，通過與硫源混合并高溫硫化得到千層巖結(jié)構(gòu)WS₂/C復(fù)合材料。該WS₂/C復(fù)合材料是由一層或多層的二硫化鎢與插層納米碳層，以層層堆疊的方式原位復(fù)合組成，其同樣不具納米棒結(jié)構(gòu)，不利于鋰離子的存儲(chǔ)，并且其碳中未加入N摻雜碳的結(jié)構(gòu)，也不利于鋰離子的存儲(chǔ)，儲(chǔ)鋰容量低。