一种锂离子电池负极材料二硫化钼/碳及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，特别涉及一种锂离子电池负极材料二硫化钼/碳(MoS2/C)及其制备方法。
【背景技术】
[0002]现阶段人类的进步和社会的发展所取得的成就在较大程度上主要依赖于石油、煤炭等传统化石能源。随着这些非可再生能源的不断消耗和不完全使用，全世界面临着能源危机和严重的环境污染问题。全球温室效应、生态失衡、雾霾等词语在近几年变得耳熟能详，如何解决这些问题，成为了科学技术发展的巨大挑战。因此，开发清洁的可再生新能源成为了研究热点。其中太阳能、风能和生物能等可再生能源在一些地方已经有了普及，但由于其对地理因素要求高，要实现全球普及存在一定的难度，所以其发展进程缓慢。
[0003]以锂离子电池为代表的二次电池能源体系具有工作电压高、比容量高、自放电效应小、重量轻、体积小、无记忆效应且环境友好等优异性能不仅成为了目前使用最广泛的便携式电子设备电源，同时在电动汽车领域引起了极大的关注。因此，今后世界各国将会把各种电动汽车用锂离子电池作为重点发展产业，同时也为我国动力电池产业开辟了广阔的发展空间。然而，当前锂离子电池还无法满足大型移动设备高能量密度、能够快速充放电的要求。这就使锂离子电池的研究热点围绕在提高电池能量密度，增强电池的循环稳定性以及解决快速充放电问题，从而使锂离子电池能够满足大型移动设备的需求，进而推动锂离子电池产业快速发展。
[0004]其中对于负极材料的研究主要集中于以下几个方面:较低的电极电位、较高的比容量及良好的循环稳定性、与电解质和粘合剂等电池组成部分的良好的兼容性、较低的生产成本以及安全无污染的环境友好性。目前石墨由于循环稳定性好，工作电压较高，材料来源广，生产成本低廉而被广泛用为锂离子电池负极材料，且已商业化。但是，石墨电极的比容量却相对较低(?372mAh/g)，这也限制了锂离子电池的进一步发展。因此，如何制备出性能更好的负极材料成了近年来锂离子电池研究的热点。
[0005]具有典型层状结构的二硫化钼(MoS2)拥有与石墨相似的结构:层内S-Mo-S原子之间由较强的共价键结合，而层与层之间则由较弱的范德华力结合。正是由于MoS2层间较弱的键合，使得其可以通过插层的方法在其层间引入外来的分子、原子或离子而不改变其层内的结构，形成复合材料。作为锂离子电池负极材料，MoS2有着很高的初始容量(?670mAh/g)，其特殊的层状结构利于Li+的嵌入与脱出。然而，由于其本身低的电子/离子电导率及在脱嵌锂过程中严重的体积膨胀使得其循环稳定性极低。此外，在电池反应过程中，1必2与Li +发生反应生成难溶的Li 2S，Li2S又催化电解液的分解从而形成厚的聚合物层导致不可逆的容量损失，这也是其循环稳定性差的原因。因此如何提高此&的循环稳定性，成了 MoS2作为锂离子电池负极材料研究的关键。
[0006]如果将MoS2与碳材料结合起来形成复合材料，可能会获得高容量和良好循环稳定性的电极材料。十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)是一种常见的阳离子表面活性剂，常用于材料的可控制备，可以改变材料的微观形貌，同时其含有很多碳元素，可以充当碳源，在热处理后得到碳。二氧化硅纳米球经常被用作模板制备多孔材料，可以增加材料的表面积。在锂离子负极材料中，材料表面积的增加可以增加电极与电解液中锂离子的接触面积和活性吸附、脱附中心，从而有利于嵌脱锂反应，增加材料的储锂容量。
【发明内容】
[0007]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种锂离子电池负极材料二硫化钼/碳(MoS2/C)及其制备方法，该方法简单可靠，工艺重复性好，可操作性强。
[0008]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0009]一种锂离子电池负极材料二硫化钼/碳，原料由四硫代钼酸铵、十六烷基三甲基溴化铵、二氧化硅纳米球和无水乙醇组成。
[0010]进一步的，在本发明中，所述四硫代钼酸铵、十六烷基三甲基溴化铵及二氧化硅纳米球三者的物质的量之比为1:0.14?0.43:1.7?1.75 ;所述无水乙醇为30ml。
[0011]进一步的，在本发明中，所述二氧化娃纳米球直径为20nm，含量为>99wt%。
[0012]制备所述锂离子电池负极材料二硫化钼/碳的方法，包括以下步骤:
[0013]I)将所述原料混合，搅拌至无水乙醇挥发，将剩余粉末在50?65°C下进行干燥；
[0014]2)将步骤I)所述干燥后的粉末置于气氛下在管式炉中保温4h，再冷却至室温，得到黑色粉末；
[0015]3)将步骤2)所述黑色粉末用氢氟酸处理，过滤干燥，得到产物MoS2/C复合材料。
[0016]进一步的，在本发明中，步骤2)中所述气氛为氩气和氢气的混合气氛，所述氩气和氢气的体积比为9.5:0.5。
[0017]进一步的，在本发明中，步骤2)中所述保温过程的温度稳定为700?800°C。
[0018]进一步的，在本发明中，步骤3)中所述氢氟酸的质量浓度为5?6%。
[0019]有益效果:本发明提供的锂离子电池负极材料二硫化钼/碳(MoS2/C)及其制备方法，与现有技术相比，具有以下优势:
[0020]1.本发明采用热还原法制备得到产品，该方法简单可靠，工艺重复性好，可操作性强；
[0021]2.本发明所得产品组装成半电池后进行电化学性能测试，测试结果显示该材料具有高的比容量和优异的循环稳定性。
【附图说明】
[0022]图1为制备得到的MoS2/C复合材料的热重曲线示意图；
[0023]图2是制备得到的MoS2/C复合材料的扫描电镜图像示意图；
[0024]图3是制备得到的MoS2/C复合材料的透射电镜图像示意图，其中插图为高倍透射电镜图像；
[0025]图4是制备得到的MoS2/C复合材料制备得到的MoS2/C复合材料的循环特性曲线的充放电曲线示意图；
[0026]图5是制备得到的MoS2/C复合材料的CV曲线示意图；
[0027]图6是制备得到的MoS2/C复合材料的在10mAg 1的电流密度下的循环特性曲线示意图；
[0028]图7是制备得到的MoS2/C复合材料在不同倍率下的循环特性曲线示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0030]一种锂离子电池负极材料二硫化钼/碳(MoS2/C)，反应原料由四硫代钼酸铵、十六烷基三甲基溴化铵、二氧化硅纳米球和无水乙醇组成。其中，四硫代钼酸铵、十六烷基三甲基溴化铵及二氧化硅纳米球三者的物质的量之比为1:0.14?0.43:1.7?1.75 ;无水乙醇为30ml。二氧化硅纳米球直径为20nm，含量为>99wt %。
[0031]药品如下:
[0032]四硫代钼酸铵，分析纯，国药集团化学试剂有限公司，上海；
[0033]十六烷基三甲基溴化铵，分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司，上海；
[0034]二氧化娃纳米球，直径20nm，含量:>99wt%，南京先丰纳米材料科技有限公司，南京；
[0035]无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司，上海。
[0036]制备锂离子电池负极材料二硫化钼/碳的方法，用热还原法制备得到了干燥木耳状的MoS2/C复合材料，制备成半电池后测试其电化学性能显示其比容量高，循环性能稳定。具体