一种单分散类花球状MoS2粉体的制备方法与流程

本发明属于能源材料领域，特别涉及一种单分散类花球状MoS₂粉体的制备方法，所制得的MoS₂粉体能用于锂离子电池负极材料。

背景技术：

锂离子电池由于体积小、重量轻、能量密度高、无记忆效应等特点已成为当前研究热点。与其它能源材料相比，锂离子电池已经在手机、汽车等移动设备上广泛应用。总而言之，锂离子电池的发展已经给我们的生产和日常生活带来了巨大的便利。选择合适的电池电极材料是设计锂离子电池的关键因素，不仅涵盖了原料成本、工作电压、能量密度、功率密度以及循环寿命，另外，电池的安全性是前提要素。

作为锂离子二次电池的商业负极材料，石墨具有很多优点，例如工作电位低、结构稳定等特点，然而它的容量相对较低，约为370 mAh·g^-1，这一缺点使得石墨作为负极材料无法满足未来电动汽车的要求，因此需要寻找能量密度、功率密度更高又具有安全稳定性的负极材料。

MoS₂拥有独特的类石墨烯层状结构，其独特的晶体结构和较高的理论容量使得其在清洁能源领域展现出了广阔的应用前景。但是，众多的研究结果表明，MoS₂负极材料在充放电过程中由于锂化产物Li₂S与电解质反应形成厚的凝胶状聚合物层抑制了连续的嵌锂/脱锂反应，从而使其作为二次电池负极材料的稳定性和倍率性并不理想。为提高MoS₂的电化学性能，各国学者开展了很多工作。例如Liu等人通过改良的真空辅助方法制备高度有序的MoS₂，在负极材料中表现出了良好的循环稳定性；Ding 等人通过温和的聚苯乙烯微球辅助水热的方法制备出层状的MoS₂微球，显著改进了循环性能和倍率性能。

然而，上述MoS₂的制备方法工艺比较繁琐，不易控制制备工艺的流程，而当前报道的MoS₂制备方法又无法容易获得单分散的MoS₂颗粒，进而制约了MoS₂在锂离子电池负极材料中的应用。

技术实现要素：

鉴于上述MoS₂粉体的制备技术缺陷，本发明的目的是提供一种低成本、高质量的单分散类花球状MoS₂粉体的制备方法，该制备方法不仅能让MoS₂粉体分散均匀，而且该类花球状的MoS₂粉体由大量的纳米片状粉体组成，极大增加了粉体的比表面积，促进MoS₂负极材料在锂离子电池中的循环稳定性。

本发明的方法是采用微波辅助水热/溶剂热法，将混合均匀的反应物前驱溶液加入微波反应釜，控制反应温度和反应时间即可得到类花球状结构的MoS₂粉体颗粒。

具体步骤为：

(1)按Mo:S元素摩尔比为1:1~1.2称取钼源和硫源，将钼源溶于去离子水制得溶液A，将硫源溶于醇制得溶液B，去离子水和醇的体积比为1:0.43~2.33。

(2)向步骤(1)制得的溶液A中滴加碱性溶液调节其pH值为9~12，制得溶液C，向步骤(1)制得的溶液B中滴加1~5mL浓度为95%的胺类溶液，制得溶液D，分别密封所制得的溶液C和溶液D，搅拌30~120分钟，然后将溶液C和溶液D混合，搅拌30~120分钟制得混合溶液。

(3)将步骤(2)制得的混合溶液倒入反应釜中密封，转移反应釜至微波反应仪中，设置微波功率为200~500 W、升温速率为5~20℃/分钟，升温至180~200℃反应1~6小时，反应结束后冷却至室温得到悬浊液。

(4)将步骤(3)制得的悬浊液分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤5~6次，离心机的转速为4000~10000 转/分钟，离心时间为5~10分钟，所得离心产物在真空干燥箱内于80℃下干燥8~48小时，冷却至室温即制得单分散类花球状MoS₂粉体。

所述钼源为七钼酸铵、四钼酸铵、二钼酸铵、钼酸铵和钼酸钠中的一种。

所述硫源为硫脲、硫化钠和硫代乙酰胺中的一种。

所述醇为乙二醇、二甘醇和丙三醇中的一种。

所述碱性溶液为氨水、氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液中的一种。

所述胺类溶液中的胺为乙二胺、正丁胺和三乙胺中的一种。

本发明方法步骤可控，所需原料成本低廉，所制备得到的粉体实现单分散，颗粒大小均匀，粉体的结构为纳米片状组成的类花球状粉体，可通过控制工艺参数而控制粉体颗粒的大小。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的单分散类花球状MoS₂粉体的X射线衍射图谱。

图2为本发明实施例1制得的单分散类花球状MoS₂粉体的场发射扫描电子显微镜图。

具体实施方式

实施例1：

(1)按Mo:S元素摩尔比为1:1称取0.196g钼酸铵和0.076g硫脲，将钼酸铵溶于50mL去离子水制得溶液A，将硫脲溶于21.5mL乙二醇制得溶液B。

(2)向步骤(1)制得的溶液A中滴加氨水溶液调节其pH值为9，制得溶液C，向步骤(1)制得的溶液B中滴加1mL浓度为95%的乙二胺溶液，制得溶液D，分别密封所制得的溶液C和溶液D，搅拌30分钟，然后将溶液C和溶液D混合，搅拌30分钟制得混合溶液。

(3)将步骤(2)制得的混合溶液倒入反应釜中密封，转移反应釜至微波反应仪中，设置微波功率为200W、升温速率为5℃/分钟，升温至180℃反应6小时，反应结束后冷却至室温得到悬浊液。

(4)将步骤(3)制得的悬浊液分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤5次，离心机的转速为4000转/分钟，离心时间为10分钟，所得离心产物在真空干燥箱内于80℃下干燥8小时，冷却至室温即制得单分散类花球状MoS₂粉体。

实施例2：

(1)按Mo:S元素摩尔比为1:1.2称取1.235g七钼酸铵和0.655g硫化钠，将七钼酸铵溶于20mL去离子水制得溶液A，将硫化钠溶于46.6 mL二甘醇得溶液B。

(2)向步骤(1)制得的溶液A中滴加氢氧化钠溶液调节其pH值为12，制得溶液C，向步骤(1)制得的溶液B中滴加5mL浓度为95%的正丁胺溶液，制得溶液D，分别密封所制得的溶液C和溶液D，搅拌120分钟，然后将溶液C和溶液D混合，搅拌120分钟制得混合溶液。

(3)将步骤(2)制得的混合溶液倒入反应釜中密封，转移反应釜至微波反应仪中，设置微波功率为500W、升温速率为20℃/分钟，升温至200℃反应1小时，反应结束后冷却至室温得到悬浊液。

(4)将步骤(3)制得的悬浊液分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤6次，离心机的转速为10000转/分钟，离心时间为5分钟，所得离心产物在真空干燥箱内于80℃下干燥48小时，冷却至室温即制得单分散类花球状MoS₂粉体。

实施例3：

(1)按Mo:S元素摩尔比为1:1.1称取0.628g四钼酸铵和0.331g硫代乙酰胺，将四钼酸铵溶于25mL去离子水制得溶液A，将硫代乙酰胺溶于25mL丙三醇制得溶液B。

(2)向步骤(1)制得的溶液A中滴加氢氧化钾溶液调节其pH值为10，制得溶液C，向步骤(1)制得的溶液B中滴加2.5mL浓度为95%的三乙胺溶液，制得溶液D，分别密封所制得的溶液C和溶液D，搅拌60分钟，然后将溶液C和溶液D混合，搅拌60分钟制得混合溶液。

(3)将步骤(2)制得的混合溶液倒入反应釜中密封，转移反应釜至微波反应仪中，设置微波功率为400W、升温速率为10℃/分钟，升温至190℃反应4小时，反应结束后冷却至室温得到悬浊液。

(4)将步骤(3)制得的悬浊液分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤6次，离心机的转速为5000转/分钟，离心时间为7分钟，所得离心产物在真空干燥箱内于80℃下干燥12小时，冷却至室温即制得单分散类花球状MoS₂粉体。

实施例4：

(1)按Mo:S元素摩尔比为1:1称取0.340g二钼酸铵和0.152g硫脲，将二钼酸铵溶于20mL去离子水制得溶液A，将硫脲溶于30mL乙二醇制得溶液B。

(2)向步骤(1)制得的溶液A中滴加氢氧化钠溶液调节其pH值为10，制得溶液C，向步骤(1)制得的溶液B中滴加1mL浓度为95%的乙二胺溶液，制得溶液D，分别密封所制得的溶液C和溶液D，搅拌60分钟，然后将溶液C和溶液D混合，搅拌60分钟制得混合溶液。

(3)将步骤(2)制得的混合溶液倒入反应釜中密封，转移反应釜至微波反应仪中，设置微波功率为300 W、升温速率为8℃/分钟，升温至200℃反应4小时，反应结束后冷却至室温得到悬浊液。

(4)将步骤(3)制得的悬浊液分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤6次，离心机的转速为7000 转/分钟，离心时间为8分钟，所得离心产物在真空干燥箱内于80℃下干燥36小时，冷却至室温即制得单分散类花球状MoS₂粉体。

实施例5：

(1)按Mo:S元素摩尔比为1:1.2称取0.968 g钼酸钠和0.365 g硫脲，将钼酸钠溶于40mL去离子水制得溶液A，将硫脲溶于60mL乙二醇制得溶液B。

(2)向步骤(1)制得的溶液A中滴加氨水溶液调节其pH值为10，制得溶液C，向步骤(1)制得的溶液B中滴加1mL浓度为95%的正丁胺溶液，制得溶液D，分别密封所制得的溶液C和溶液D，搅拌90分钟，然后将溶液C和溶液D混合，搅拌90分钟制得混合溶液。

(3)将步骤(2)制得的混合溶液倒入反应釜中密封，转移反应釜至微波反应仪中，设置微波功率为400 W、升温速率为7℃/分钟，升温至190℃反应5小时，反应结束后冷却至室温得到悬浊液。

(4)将步骤(3)制得的悬浊液分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤6次，离心机的转速为4500 转/分钟，离心时间为6分钟，所得离心产物在真空干燥箱内于80℃下干燥24小时，冷却至室温即制得单分散类花球状MoS₂粉体。