一种二硫化钼纳米片/石墨烯锂电池负极材料制备方法与流程

本发明提供一种二硫化钼纳米片/石墨烯锂离子电池负极材料制备方法，它涉及一种液相物理法制备二硫化钼纳米片/石墨烯锂离子电池负极材料的方法，具体是在表面改性剂水溶液中制备二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料，并用作锂离子电池负极材料的技术。属于液相物理法制备二硫化钼纳米片用作锂离子电池材料的新应用领域。

背景技术：
：

由于具有开路电压高、循环寿命长、能量密度高、自放电低、无记忆效应的优点，锂离子电池在便携电源中占主导地位。为满足电子设备小型化和大型设备高动力的要求，提高能量密度和倍率性能成为锂离子电池的重要研究方向。

作为一种锂离子电池负极材料，二硫化钼具有669mAh·g^-1的理论容量，相对较低的体积变化率，储量丰富，成本低。随着纳米材料的出现，二硫化钼纳米片更是成为研究的热点。但是，它自身导电性差，而且容易重新堆叠，在循环过程中会失去良好的电连接和锂离子通路，最终导致循环过程中容量迅速下降。因此，二硫化钼纳米片与石墨烯复合的途径，能够很好的解决这一问题。

二硫化钼纳米片作为一种典型的类石墨烯层间过渡金属硫化物，以其独特优异的电学、热学、力学等性能，在摩擦学、能源、电子器件和光电等领域受到了广泛关注。近年来，以二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极材料的报道屡见不鲜。其中，以采用化学合成制备的二硫化钼纳米片复合材料居多，而且制备过程复杂，结构不稳定。值得注意的是，液相物理法制备的二硫化钼纳米片缺陷少，结构稳定且制备过程简单。因此，液相物理法制备的二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料更适合作为锂离子电池的负极材料。这种方法也为液相物理法制备二硫化钼纳米片提供了有潜力的应用方向。

技术实现要素：
：

1、目的：本发明的目的在于提供一种二硫化钼纳米片/石墨烯锂离子电池负极材料制备方法，所述负极材料以液相物理法制备的二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极活性材料，分散稳定性好，具有优异的循环性能和倍率性能，而且制备方法简单，环境友好，无污染。

2、技术方案：上述发明目的是通过如下的技术方案予以实现的：

一种液相物理法制备的二硫化钼纳米片/石墨烯锂离子电池负极材料是通过射流空化处理，在表面改性剂水溶液中，制备的二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料作为二锂离子电池负极材料。

本发明一种二硫化钼纳米片/石墨烯锂离子电池负极材料制备方法，即一种液相物理法制备二硫化钼纳米片/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其实施步骤如下：

步骤一：将表面改性剂以一定比例添加至去离子水中，并强力搅拌一定时间，使表面改性剂充分溶于水中，得到用于制备二硫化钼纳米片和石墨烯的溶液；

步骤二：将二硫化钼粉和石墨粉以一定比例分别添加至步骤一的溶液中，分别搅拌至其分散均匀，分别得到二硫化钼粉分散液和石墨粉分散液；

步骤三：将步骤二中得到的分散液分别进行射流空化处理一定时间；

步骤四：将步骤三中射流空化处理后的溶液分别装入离心管中，进行离心分离处理；

步骤五：将步骤四中离心后的溶液分别静置一定时间，之后取上层溶液；

步骤六：将步骤五中得到的材料按一定比例混合；

步骤七：将步骤六中混合均匀的液体真空抽滤，并在一定条件下真空干燥，得到灰色粉末；

步骤八：将步骤七中的灰色粉末放置在石英舟中，在充满氩气的不同管式炉中，控制气体流速，在一定温度下煅烧一定时间,得到二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料。

其中，在步骤一中所述的“将表面改性剂以一定比例添加至去离子水中，并强力搅拌一定时间，使表面改性剂充分溶于水中”，该“表面改性剂”是指曲拉通-100(TX-100)，但不限于TX-100；该“一定比例”是该溶液中TX-100的最佳质量比例为0.01％-0.5％；所述的“一定时间”为2小时至12小时。

其中，在步骤二中所述的“二硫化钼粉”为粒度小于325目的二硫化钼，所述的“石墨粉”为粒度小于325目的石墨粉；所述的将二硫化钼粉和石墨粉以“一定比例”，该一定比例分别为二硫化钼粉0.5％-10％，石墨粉0.5％-10％。

其中，在步骤三中所述的“分别进行射流空化处理一定时间”，是把二硫化钼粉分散液和石墨烯分散液分别装入射流空化装置，分别进行射流空化处理，处理时间为1-5小时。

其中，在步骤四中所述的“离心分离处理”，其具体条件为：离心转速为500转/分至5000转/分；离心处理时间为30分钟至120分钟。

其中，在步骤五中所述的“一定时间”为4小时至12小时。

其中，在步骤六中所述的“一定比例”为二硫化钼10％-50％，石墨烯10％-50％，粉末以质量计算。

其中，在步骤七中所述的“一定条件下”为50-80℃下16小时至48小时。

其中，在步骤八中所述的“在一定温度下煅烧一定时间”，该一定温度为300-700℃，该一定时间为1小时至3小时。

通过以上步骤，所制备的二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极活性材料，具有优异的循环性能和倍率性能，而且制备方法简单，环境友好，无污染，分散稳定性好。

3、有益效果

(1)在表面改性剂水溶液中，射流空化制备二硫化钼纳米片的工艺及方法，工艺非常简单，易于实验室及工业化生产实现。

(2)在液相中进行二硫化钼粉和石墨烯的混合，不但避免二硫化钼纳米片堆叠，也免去在使用过程中液相法制备二硫化钼纳米片二次分散的问题。

(3)该方法制备的二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料中，二硫化钼纳米片和石墨烯的分散性良好。这是由于表面活性剂空间位阻作用，使两种材料可以均匀混合并沉淀。

(4)液相物理法制备的二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料应用于电池电极材料，特别是锂离子电池负极材料。该复合材料克服了二硫化钼导电性差，易堆叠的缺点，提高了锂离子电池负极材料的容量、循环稳定性和倍率性能。

附图说明

图1为实施例1所制备二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料的扫描电子显微镜照片。

图2为实施例1所制备二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料的拉曼谱图。

图3为实施例1所制备二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极材料，在100mA g^-1时恒流充放电的条件下的充放电曲线。

图4为本发明所述方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。

实施例1：二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料制备及电化学性能测试

二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料制备

本发明一种二硫化钼纳米片/石墨烯锂离子电池负极材料制备方法，即一种液相物理法制备二硫化钼纳米片/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，见图4所示，其实施步骤如下：

步骤一：称取40mg表面改性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，加入40mL去离子水中，强力搅拌12h，使表面改性剂充分溶于水中，得到用于制备二硫化钼纳米片的溶液(CTAB质量比为0.1％)；

步骤二：称取400mg二硫化钼粉(粒度小于325目)搅拌至其分散均匀，得到二硫化钼粉分散液(二硫化钼粉质量比1％)；称取200mg石墨粉(粒度小于325目)搅拌至其分散均匀，得到石墨粉分散液(石墨粉质量比1％)；

步骤三：将二硫化钼分散液和石墨分散液分别装入射流空化发生装置中，分别进行射流空化处理3h；

步骤四：将经过射流空化处理后的溶液装入离心管中，放入离心机进行离心分离处理；离心转速为1500rpm，离心时间为0.5h；

步骤五：离心后的液体静置4h，之后取出上层溶液；

步骤六：将二硫化钼纳米片溶液和石墨烯溶液按固体质量比2:1均匀混合；

步骤七：将二硫化钼纳米片和石墨烯混合溶液真空抽滤，并在80℃下真空干燥24h，得到灰色粉末；

步骤八：将灰色粉末放置在石英舟中，在充满氩气的管式炉中，控制气体流速，在500℃下煅烧2h，得到二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料。

二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料电化学性能表征

将实施例1中制备得到的二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯以质量比为70:20：10混合成浆料，均匀涂覆在集流体铜箔上得到负极片。以金属锂片作为正极，聚丙烯微孔膜作为隔膜，1mol/L LiPF₆(溶液体积比为3:7的碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯)作为电解液，在氩气保护的手套箱中组装成半电池。将上述装配的电池在Land CT2001A充放电测试仪上进行恒流充放电测试，充放电电流为100mA g^-1，充放电区间为0.005-3V，充放电曲线见图3。

图1为实施例1所制备二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料的扫描电子显微镜照片；图2为实施例1所制备二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料的拉曼谱图。

实施例2二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料制备及电化学性能测试

二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料制备

步骤一：称取40mg表面改性剂TX-100，加入40mL去离子水中，强力搅拌12h，使表面改性剂充分溶于水中，得到用于制备二硫化钼纳米片的溶液(TX-100质量比为0.1％)；

步骤二：称取400mg二硫化钼粉(粒度小于325目)搅拌至其分散均匀，得到二硫化钼粉分散液(二硫化钼粉质量比1％)；称取200mg石墨粉(粒度小于325目)搅拌至其分散均匀，得到石墨粉分散液(石墨粉质量比1％)；

步骤三：步骤三：将二硫化钼分散液和石墨分散液分别装入射流空化发生装置中，进行射流空化处理3h；

步骤四：将经过射流空化处理后的溶液装入离心管中，放入离心机进行离心分离处理；离心转速为1500rpm，离心时间为0.5h；

步骤五：离心后的液体静置4h，之后取出上层溶液；

步骤六：将二硫化钼纳米片溶液和石墨烯溶液按固体质量比2:1均匀混合；

步骤七：将二硫化钼纳米片和石墨烯混合溶液真空抽滤，并在80℃下真空干燥24h，得到灰色粉末；

步骤八：将灰色粉末放置在石英舟中，在充满氩气的管式炉中，控制气体流速，在500℃下煅烧2h，得到二硫化钼纳米片/石墨烯复合材料。

模拟电池的正极、负极、电解液及电池组装与实施例1相同。