[發明專利]一種具有高能量密度和快充性能的超長二氧化鈦納米管@碳@硫化鉬復合電極的制備方法

有效

• 申請號: 202011022339.3
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112151782B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 葛明政;梁芳華;曹春艷;張海峰;張偉;張瑜
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/1397;H01M10/0525;B82Y40/00
• 代理公司: 南通一恒專利商標代理事務所(普通合伙) 32553
• 代理人: 梁金娟

本發明提供了一種具有高能量密度和快充性能的超長二氧化鈦納米管@碳@硫化鉬復合電極的制備方法，包括超長鈦酸鹽納米管的制備、外部包裹有機物層的鈦酸鹽納米管的制備、TiO₂@C@MoS₂復合電極的制備和TiO₂@C@MoS₂復合電極的電化學性能測試。本發明的有益效果為：以TiO₂納米管骨架作為基底，提高電子傳遞效率，防止充放電過程中二維MoS₂納米片團聚；通過在MoS₂納米片和TiO₂納米管之間修飾碳層，在TiO₂和C，MoS₂和C之間同時形成Ti?O?C和C?S化學鍵，增加兩者間的結合力，避免MoS₂納米片因體積膨脹從TiO₂基底上脫落。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種具有高能量密度和快充性能的超長二氧化鈦納米管@碳@硫化鉬復合電極的制備方法。

背景技術

隨著經濟的迅猛發展，可穿戴電子設備、無人飛行器以及電動汽車等領域的發展越來越迅速，對高能量密度和具有快速充放電能力的鋰離子電池需求越來越大。目前商業化鋰離子電池的主要以石墨作為負極材料，雖然石墨成本低，但其具有相對較低的理論容量(372mAh/g)，動力性能差，不能滿足未來對大容量電池的需求。近年來，過渡金屬氧化物和硫化物由于其相對較高的能量密度、較長的循環壽命等優點被廣泛研究作為存儲鋰的活性材料。

過渡金屬硫化物MoS₂，由兩層S原子中間夾單層Mo構成三明治結構，具有類似石墨的片層結構，片層之間依靠作用力弱的范德華力相互結合，層間距大(0.615nm)，加之，MoS₂具有高理論比容量(670mAh/g)，在地殼中儲量豐富，價格低廉，被廣泛研究作為鋰離子電池理想的負極材料。但MoS₂導電性較差，限制了其在高充放電倍率下的反應速率；其次，在充放電過程中，MoS₂容易團聚，降低了活性位點；并且由于較大的體積膨脹(≈ 103％)，MoS₂容易從載體以及集流體上脫落，導致電化學性能較差。

因此，許多研究人員進行大量的探索研究來解決MoS₂導電性差，以及在電池充放電過程中易團聚，體積變化大等問題：1)表面改性。在MoS₂表面涂覆碳材料或其他材料來抑制其體積膨脹。但是，碳層材料的機械性能較差，在體積膨脹的過程中容易被破壞，從而導致電極穩定性降低；2)復合結構設計。將MoS₂負載在結構穩定的基底材料中，如碳納米管、石墨烯、MXene或者TiO₂納米管等，構建復合結構，從而穩定MoS₂的體積變化。然而MoS₂與基底材料的結合力較低，體積膨脹后，MoS₂容易從基底材料上脫落，導致電極的電化學性能較差。

如何解決上述技術問題為本發明面臨的課題。

發明內容