一种锂离子电池负极的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制作锂离子电池负极的方法。
【背景技术】
[0002]随着21世纪科技和工业生产的不断发展，世界经济迈入了一个崭新的纪元，但随着资源的消耗和环境的污染，在人类物质、精神生活极大丰富的如今却出现了生态失衡、能源枯竭的严峻现实，我们急需开发一种既清洁又高效的能源来替代石油、煤矿等不可再生的资源。而锂离子电池作为一种新兴的化学能源，以其成本低廉、工作电压高、比能量高、自放电率低、转换效率高、循环寿命长、环境友好等优势，已经受到了人们的广泛研究并应用于生产生活的各种设备中。
[0003]尽管锂离子电池的商业开发已经趋向成熟，但在一些高精尖领域，如电动汽车、军工、航空航天等，其以能量密度和功率密度为代表的储能性能却远没有达到理想水平，因此锂电的尖端应用受到较大的限制。提高锂离子电池电化学性能的主要手段之一就是寻找新型电极材料，使电池具有更高的锂嵌入量和优秀的锂脱嵌可逆性。目前，商业上应用最多的负极材料是石墨类碳材料，其理论可逆比容量仅为372mAh/g，远不能满足现代化的需要，且在快速充放电过程中易破坏层状结构，循环稳定性差，同时还伴有电解液相容性、电极安全性等问题。二硫化钼作为一种典型的过渡金属二硫化物，拥有类似于石墨烯的密排六方结构和片层堆垛方式，更宽阔的(002)晶面间距使其拥有了更大的储锂空间，计算所得的理论比容量可达669mAh/g ;不仅如此，在首圈放电过程中，MoS2与电解液反应形成SEI膜对活性材料本身的消耗也比较有限，使其具有较高的首次库伦效率。因此，把MoS2作为一种活性材料用来制备锂离子电池负极对于提高目前商业化锂离子电池负极的容量来说颇具应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种利用二硫化钼纳米片制作成为锂离子电池负极的方法。本发明利用NaCl作模板，结合一步化学气相沉积，经冻干、煅烧、抽滤、干燥后可获得具有质量高、尺寸均一、层数相对可控、产量较高、制备成本相对较低等特点的二硫化钼纳米片，再以所制备的二硫化钼纳米片作为活性材料，加入导电碳黑、PVDF和NMP，搅拌制成匀浆涂覆于铜箔上，干燥后即获得以该二硫化钼纳米片为储锂活性材料的锂离子电池负极。
[0005]本发明是通过以下技术方案加以实现的，
[0006]一种锂离子电池负极的制作方法，包括以下步骤:
[0007](I)以钼酸铵、钼酸钠中的一种或两种混合物为钼源，以硫脲为硫源，按钼源中的钼、硫源中的硫摩尔比为1: (1.8?2.5)，并按钼源中的钼与NaCl的摩尔比为1: (150?600)计，将钼源、硫源和NaCl加入去离子水中溶解，搅拌配成溶液，再超声混合均匀后于(TC下冷冻，待溶液全部结冰后进行真空干燥，得到混合物；
[0008](2)将步骤(I)制得的混合物研磨成粉末，过100-300目筛后铺于方舟中，置于管式炉恒温区进行煅烧:以N2、He和Ar的一种气体或混合气体作为惰性气体源，先以流量为200-400ml/min通入惰性气体10-30分钟以排除空气；再以Ar作为保护气，将保护气流量固定为50-300ml/min，以1_10°C /min的升温速度升温至600_750°C，保温l_3h进行化学气相沉积，反应结束后随炉冷却至室温，得到产物A ;
[0009](3)收集步骤⑵制得的粉体产物A，水洗至煅烧产物中没有NaCl为止，将水洗后的产物置于进行真空干燥，得到二硫化钼纳米片；
[0010](4)按照质量比为1285:1338:16的配比，将二硫化钼纳米片，PVDF和导电碳黑混合均匀搅拌制成浆料后涂于铜片作为负极，以LiPF6作为电解液，以锂片作为正极，制得半电池。
[0011]本发明具有以下优点:本发明利用廉价易得的原料制备二硫化钼纳米片，成本低廉，反应过程简单、可控性强。同时该种材料结晶度高，质量好，结构均一，形貌优良、性能优异，二硫化钼纳米片用于锂离子电池负极具有一定的比容量和循环性能，在100mA/g的电流密度下循环50次后仍能保持250mAh/g以上的比容量。
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例1制得的二硫化钼纳米片的SEM照片。从该图明显看出二硫化钼纳米片的形貌和尺寸。
[0013]图2为本发明实施例1制得的二硫化钼纳米片的FE-SEM照片。从该图明显看出二硫化钼纳米片的厚度。
[0014]图3为本发明实施例1制得的二硫化钼纳米片的TEM照片。从该图明显看出二硫化钼纳米片的整体结构。
[0015]图4为本发明实施例1制得的二硫化钼纳米片的TEM照片。从该图明显看出二硫化钼纳米片的片层数目和晶格点阵。
[0016]图5为本发明实施例1制得的二硫化钼纳米片的XRD图谱。
[0017]图6为本发明实施例1利用二硫化钼纳米片制得的锂离子电池负极的充放电循环性能图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例对本发明的具体内容具体说明如下:
[0019]实施例1:
[0020]称取0.3531g钼酸铵、0.3654g硫脲和35.1g氯化钠，将混合物溶于200ml的去离子水中，以搅拌速度300r/min的磁力搅拌器，搅拌溶解配成溶液，然后再以功率为400W的超声器超声15min，混合均匀。将混合液放入冰箱中12h结冰，之后置于冷冻干燥机中_50°C真空干燥，直至烘干得到混合物。研磨混合物并过150目筛，取1g粉末置于方舟中，将方舟放入管式炉中，通入200ml/min的Ar惰性气体排除空气，再以200ml/min的Ar惰性气体、并以10°C /min的升温速度升温至温度750°C，保温2h进行化学气相沉积，反应结束后在Ar气氛保护下冷却至室温，得到煅烧产物A，收集，研细，水洗至产物中没有NaCl为止，在冷冻干燥机中于-50°C下进行真空干燥8h，得到二硫化钼纳米片，该二硫化钼纳米片多呈三角形和六边形，单个纳米片的长度为0.l-40um，厚度为0.6-100.0nm, 二硫化钼纳米片层数为1_40 层。
[0021]将0.1285g 二硫化钼纳米片，0.1338gPVDF(聚偏氟乙烯)，0.0161g导电碳黑混合均匀搅拌制成浆料后涂于铜片作为负极，以IM的LiPF6作为电解液，以锂片作为正极，制得半电池，其在100mA/g的电流密度下循环50圈仍保250mAh/g以上的比容量，如图6所示。
【主权项】
1.一种锂离子电池负极的制作方法，包括以下步骤: (1)以钼酸铵、钼酸钠中的一种或两种混合物为钼源，以硫脲为硫源，按钼源中的钼、硫源中的硫摩尔比为1: (1.8?2.5)，并按钼源中的钼与NaCl的摩尔比为1: (150?600)计，将钼源、硫源和NaCl加入去离子水中溶解，搅拌配成溶液，再超声混合均匀后于0°C下冷冻，待溶液全部结冰后进行真空干燥，得到混合物； (2)将步骤(1)制得的混合物研磨成粉末，过100-300目筛后铺于方舟中，置于管式炉恒温区进行煅烧:以N2、He和Ar的一种气体或混合气体作为惰性气体源，先以流量为200-400ml/min通入惰性气体10-30分钟以排除空气；再以Ar作为保护气，将保护气流量固定为50-300ml/min，以1_10°C /min的升温速度升温至600_750°C，保温l_3h进行化学气相沉积，反应结束后随炉冷却至室温，得到产物A ; (3)收集步骤⑵制得的粉体产物A，水洗至煅烧产物中没有NaCl为止，将水洗后的产物置于进行真空干燥，得到二硫化钼纳米片； (4)按照质量比为1285:1338:16的配比，将二硫化钼纳米片，PVDF和导电碳黑混合均匀搅拌制成浆料后涂于铜片作为负极，以LiPF6作为电解液，以锂片作为正极，制得半电池。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将水洗后的产物置于冷冻干燥机中于-50°C?_30°C的温度下进行真空干燥8h，得到二硫化钼纳米片。
【专利摘要】本发明涉及一种锂离子电池负极的制作方法，包括：以钼酸铵、钼酸钠中的一种或两种混合物为钼源，以硫脲为硫源，按钼源中的钼、硫源中的硫摩尔比为1:(1.8～2.5)，并按钼源中的钼与NaCl的摩尔比为1:(150～600)计，将钼源、硫源和NaCl溶解，再冷冻和进行真空干燥，得到混合物；将制得的混合物研磨成粉末，置于管式炉恒温区进行煅烧和化学气相沉积，得到产物A；水洗并进行真空干燥，得到二硫化钼纳米片。本发明利用廉价易得的原料制备二硫化钼纳米片，成本低廉，反应过程简单、可控性强。二硫化钼纳米片用于锂离子电池负极具有一定的比容量和循环性能。
【IPC分类】B82Y30/00, H01M4/58, H01M10/0525, H01M4/1397, B82Y40/00
【公开号】CN105280887
【申请号】CN201510583283
【发明人】何春年, 周静雯, 赵乃勤, 师春生, 刘恩佐, 李家俊
【申请人】天津大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月14日