一种木质素为碳源的MoS2@C复合电极材料的制备方法与流程

(一)技术领域

本发明涉及一种木质素为碳源的mos2@c复合电极材料的制备方法。

(二)

背景技术：

近几年来，对于锂离子电池负极材料的研究，主要集中在提高充放电效率，提高电池使用寿命和提高材料的比表面积等方面。现今的研究，主要是在碳材料的表面改性和负极材料表面附着纳米相、表面形成纳米微孔以及其它一些纳米技术的应用。该方向的研究的成果颇多，也展示了锂离子电池的发展前景十分可观。

二硫化钼(mos2)用作锂离子电池负极材料的理论容量很大，是一种极具前景的电极材料选择；木质素是一种广泛存在于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物，其同时含有多种活性官能团，如羟基、羰基、羧基、甲基及侧链结构，是一种极具前景的多孔碳材料的碳源。

迄今为止，也有利用水热法合成的mos2纳米片制成电极的报道[《materialsresearchbulletin》,2009,44(9):1811-1815]，比电容可达748mah/g。但是该电极依旧存在锂离子嵌脱过程引发mos2体积的变化的问题，导致其实际电化学性能并不是稳定。多孔碳材料木质素微纳米材料是一种良好且具有实际使用价值的电极材料，具有良好的结构稳定性，将其与mos2复合有望兼有两者优点。

(三)

技术实现要素：

本发明目的是提供一种结构稳定，比表面积大，以木质素为碳源的mos2@c复合材料的制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种木质素为碳源的mos2@c复合电极材料的制备方法，所述方法包括：

(1)将木质素磺酸钠溶于去离子水中，超声溶解；

(2)取异丙醇置于超声水浴中，将步骤(1)得到的溶液借助自动进样机以10～20ml/h的速度注入异丙醇中，得到木质素微球的悬浮液；

(3)称取硫脲和钼酸钠置于步骤(2)得到的悬浮液中，将混合液置于高压反应釜中，将反应釜放在高温烘箱中，180～220℃反应8～10h，冷却后，将反应物离心洗涤得到长有二硫化钼的木质素微球粉末，真空烘干，得到干燥mos2@木质素纳米微球粉末；

(4)将步骤(3)得到的干燥mos2@木质素纳米微球粉末置于n2气氛中经管式炉煅烧，得到mos2@c复合电极材料。

木质素磺酸钠、硫脲和钼酸钠质量用量之比为：500～1000：150～160：230～250，优选为500：151：237。

步骤(4)中煅烧工艺优选为：以5℃/min的速度升温到300℃，再以2℃/min的速度升温至500℃，保温1h后，以5℃/min升温至900℃，经1h保温后以6℃/min的速度降温至300℃，然后随炉冷却至100℃后取出。

步骤(3)离心设置为6000r/min，5min/次。

步骤(2)高温烘箱反应温度为180℃。

本发明中，所述的木质素磺酸钠水溶液，在超声作用下分散在异丙醇中，形成稳定的纳米微粒。经水热反应在木质素纳米微粒表面长二硫化钼，得到mos2@木质素纳米微球粉末。

本发明提供的以木质素为碳源的mos2@c复合材料具有核壳型结构，该二硫化钼改性多孔微球碳材料的比表面积较高，避免了二硫化钼充放电过程的体积变化。

本发明提供了所述以木质素为碳源的mos2@c复合材料作为锂离子电池负极材料的应用，结果表明，其具有良好的循环和大电流充放电稳定性，高比电容等特点。

本发明的有益效果主要体现在：

1、mos2成功地包覆了木质素微球，为核壳结构，比表面积大，为14.93m²/g左右。

2、选择异丙醇为溶剂，木质素形成良好球形模板。木质素微球经高温碳化得到的碳材料仍保持球状，直径为1μm左右，颗粒均匀，且因为木质素中小分子的升华逸出而成多孔型，孔径为100～160nm，这些孔道可实现mos2与电解液中的锂离子接触，并进一步提高材料与电解液的接触面积。

3、mos2@c复合材料具有较高的比电容(748mah/g左右)，且在多次循环下仍有良好的保留性(91.3％)，显示出良好且循环稳定的电化学性能。

(四)附图说明

图1是实施例1制备的mos2@c复合材料的sem图；

图2是实施例1制备的mos2@c复合材料的氮气的脱附吸附图和孔径大小分布图；

图3是采用本发明制备的不同实施例的mos2@c复合材料电极材料的循环伏安图，图中线条从上往下分别对应0.1～0.005v；a～d分别依次对应实施例1～4制备的mos2@c复合材料电极材料。

图4是采用本发明制备的mos2@c复合材料电极材料的恒流充放电图和比电容图；其中a和c为实施例1的恒流充放电图和比电容图，b和d为实施例3的恒流充放电图和比电容图。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

将0.5g木质素磺酸钠溶于20ml去离子水中，超声溶解。取40ml异丙醇置于150w超声水浴中，将木质素磺酸钠水溶液用30ml针筒，借助自动进样机以20ml/h的速度注入异丙醇中。得到木质素微球的悬浮液。称取0.151g硫脲和0.237g钼酸钠置于悬浮液中，将混合液置于高压反应釜中。将反应釜放在180℃高温烘箱中，反应8h。冷却后，将反应物离心洗涤得到长有二硫化钼的木质素微球粉末。将产物粉末在真空烘箱中60℃烘干24小时，得到干燥产物mos2@木质素纳米微球粉末。将干燥mos2@木质素纳米微球粉末置于n2气氛中经管式炉煅烧(以5℃/min的速度升温到300℃，再以2℃/min的速度升温至500℃，保温1h后，以5℃/min升温至900℃，经1h保温后以6℃/min的速度降温至300℃，然后随炉冷却至100℃后取出)，得到mos2@c复合材料。其sem图参见图1，氮气的脱附吸附图和孔径大小分布图参见图2，由图可见，木质素微球经高温碳化得到的碳材料仍保持球状，直径为1μm左右，其表面可见明显的二硫化钼纳米褶皱片层，说明二硫化钼片层结构较好地包覆了基体。

实施例2：

其他与实施例1相同，不同之处在于反应温度为200℃。所得mos2@c复合材料微粒分散性较好，其颗粒直径为1μm左右。但是二硫化钼包覆情况一般。

实施例3：

其他与实施例2相同，不同之处在于木质素磺酸钠的用量为1g。所得mos2@c复合材料微粒直径为1μm左右。二硫化钼也较好地实现了包覆，图4中b和d为实施例3的恒流充放电图和比电容图。由图可见，实施例3的比容量保留率不高，随着充放电次数的增加，其比容量衰减快。

实施例4：

其他与实施例1相同，不同之处在于反应温度为220℃。所得mos2@c复合材料微粒分散性较好，直径为1μm左右。其二硫化钼包覆量增多，但是电学性能与包覆量不成正比。

实施例5：应用实施例1

将制得的mos2@c复合材料与导电剂(乙炔黑)、聚四氟乙烯ptfe(粘结剂)按8：1：1的比例混合，均匀地涂在准确称量的泡沫镍上，制成工作电极，以ag/agcl电极作参比电极，铂片用作辅助电极和氢氧化钾溶液为电解液构成三电极体系，用来测试电化学性能。

不同实施例的mos2@c复合材料电极材料的循环伏安图参见图3，mos2@c复合材料电极材料的恒流充放电图和比电容图参见图4。由图可见，随着扫描速度的不断增加，材料比电容慢慢衰减，综合比较各个实施例可以发现实施例1的电性能最好，其具有较高的比电容(748mah/g左右)，且在多次循环下(50次)仍有良好的保留性(91.3％)。显示出良好且循环稳定的电化学性能。