[發明專利]一種摻雜型二硫化鉬及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202310331119.6
• 申請日: 2023-03-30
• 公開（公告）號: CN116332233A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 劉立淮
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技股份有限公司
• 主分類號: C01G39/06
• 分類號: C01G39/06;H01M4/62;H01M4/58;H01M4/38;H01M4/36
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 徐浩

本發明提供了一種摻雜型二硫化鉬及其制備方法與應用，所述制備方法包括如下步驟：將硫源、溶劑以及鉬和摻雜元素的共同元素源進行混合，然后進行溶劑熱反應，得到硫化鉬材料；將所述硫化鉬材料進行退火處理，得到所述摻雜型二硫化鉬；所述制備方法能直接合成摻雜型的MoSsubgt;2/subgt;，解決了MoSsubgt;2/subgt;的固有電導率較低的問題，改善了材料內部的導電性，大大加速了MoSsubgt;2/subgt;材料內電子的轉移，同時減小了材料的體積變化，擴大了電極/電解質的接觸面積，從而使二硫化鉬具有更高的電化學性能。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，涉及一種摻雜型二硫化鉬及其制備方法與應用。

背景技術

近些年來，可充電鈉離子電池(SIB)由于原材料儲量豐富、低成本以及原材料易得等優勢，已成為下一代儲能系統的候選者之一。鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池類似，是利用Na⁺在正負極之間的嵌入脫出過程來實現充放電。充電時，Na⁺從正極脫出經過電解質嵌入負極，同時電子的補償電荷經外電路供給到負極，從而保證正負極電荷的平衡。放電時則相反，Na⁺從負極脫出，經過電解質嵌入正極。

盡管SIB有很好的應用前景，但與Li⁺相比，Na⁺的摩爾質量和離子半徑較大，使得SIB具有較差的比容量、循環穩定性和倍率性能。電極材料的電化學性能是決定電池性能的關鍵因素之一。所以，尋找具有更高性能的電極材料，對推動SIB的商業化發展具有十分重要的意義。負極作為鈉離子電池的主要組成部分，需要其具有較高的電性能，負極材料的性能直接關系到電池的整體性能。因此，開發高性能的負極材料已成為當下研究的熱點。現有技術中研究發現，二維層狀金屬硫化物是一種有望成為SIB負極材料的化合物，如MoS₂，WS₂和SnS₂，尤其是MoS₂，具有很高的理論比容量(670mAhg^-1)和明確的層狀結構，且c軸層間距高達0.62nm，可以增強Na⁺擴散動力學從而有利于改善嵌鈉/脫鈉過程，提高電化學性能。

雖然MoS₂已被證明具有提升電化學性能的巨大潛力，但是MoS₂的實際應用還不夠理想，主要存在以下幾個問題：(1)MoS₂材料電子傳導性較低，不利于電化學反應；(2)MoS₂具有的范德華力是弱層間力，其中層傾向于重新堆積，減少了Na⁺可嵌入的活性位點；(3)重復充放電的過程中，體積變化很大，這將導致材料粉化，最終導致電性能迅速衰減；為了解決這些問題，現有技術采用一些方法來改進MoS₂的嵌鈉/脫鈉性能，例如，①擴大MoS₂的層間空間，將MoS₂與具有高電子傳導性的碳基質結合或將MoS₂與特殊的納米結構復合；②嵌入碳納米纖維中的單層MoS₂納米片提升循環性能的穩定性；③2D?MoS₂/石墨的異質界面來增加MoS₂的電子傳導性；但是，上述這些方法需要額外添加導電碳材料，并且只能改善材料表面的電子傳輸能力，并不能提高MoS₂材料的固有電導率。

基于以上研究，需要提供一種摻雜型二硫化鉬的制備方法，所述制備方法得到的二硫化鉬能夠改善材料內部的導電性，加速MoS₂材料內電子的轉移，大大提高二硫化鉬的電化學性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種摻雜型二硫化鉬及其制備方法與應用，所述制備方法能直接合成摻雜型的MoS₂，解決了MoS₂的固有電導率較低的問題，改善了材料內部的導電性，大大加速了MoS₂材料內電子的轉移，同時減小了材料的體積變化，擴大了電極/電解質的接觸面積，從而使二硫化鉬具有更高的電化學性能。