一种复合电极及其制备方法和应用

本发明属于锂电池负极，具体涉及一种复合电极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着新能源汽车、便携式电子设备的发展以及新型清洁能源技术的要求不断提高，使得锂离子电池发展受到广泛关注。然而，目前作为商用的碳负极材料，其相对较低的理论容量(372mah·g-1)以及较差的循环性能限制了锂离子电池的发展，同时也阻碍了锂离子电池的进一步工业化应用。

2、氮化镓具有物理和化学稳定性好的优点，使其表现出优异的储锂性能。但是，氮化镓电极材料的电化学性能的进一步提升受限于其活性位点少导致电极材料的利用率低，以及氮化镓自身导电性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合电极及其制备方法和应用，本发明提供的复合电极上的活性材料具有较高的利用率和导电性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种复合电极，包括碳基体和负载在所述碳基体上的改性氮化镓纳米线，所述改性氮化镓纳米线包括氮化镓纳米线和包裹在所述氮化镓纳米线表面的片层状二硫化钼；

4、所述片层状二硫化钼和氮化镓纳米线之间形成异质界面。

5、优选的，所述氮化镓纳米线的直径为50nm～250nm，长径比为40～100。

6、优选的，所述改性氮化镓纳米线和碳基体的质量比为1：2～10；

7、所述片层状二硫化钼和氮化镓纳米线的质量比为1～3：1。

8、本发明还提供了上述技术方案所述复合电极的制备方法，包括以下步骤；

9、将镓源和单质碳混合，在氨气气氛中，采用化学气相沉积在碳基体表面生长氮化镓纳米线，得到生长有氮化镓纳米线的碳基体；

10、将所述生长有氮化镓纳米线的碳基体浸渍于含有钼源和硫源的混合液中，进行水热反应，得到所述复合电极。

11、优选的，所述镓源包括含镓氧化物和/或含镓无机盐；所述单质碳包括碳粉；

12、所述镓源和单质碳的质量比为3～10：1。

13、优选的，所述氨气的流量为100～150sccm。

14、优选的，所述化学气相沉积的温度为950～1050℃，保温时间为15～30min。

15、优选的，所述钼源包括钼酸钠和/或钼酸铵；所述硫源包括硫脲和/或硫代乙酰胺；

16、所述钼源和硫源的摩尔比为1：2～4；

17、所述生长有氮化镓纳米线的碳基体和含有钼源和硫源的混合液的用量比为1～2g：20～50ml。

18、优选的，所述水热反应的温度为180～200℃，保温时间为24～48h。

19、本发明还提供了上述技术方案所述的复合电极或上述技术方案所述的制备方法制备得到的复合电极作为锂电池负极中的应用。

20、本发明提供了一种复合电极，包括碳基体和负载在所述碳基体上的改性氮化镓纳米线，所述改性氮化镓纳米线包括氮化镓纳米线和包裹在所述氮化镓纳米线表面的片层状二硫化钼；所述片层状二硫化钼和氮化镓纳米线之间形成异质界面。在本发明中，碳基体表面的氮化镓纳米线具有较高的比表面积，从而能够提供更多的活性位点，进而有利于锂离子的吸附和电荷转移，提高了活性位点的利用率；具有片层状结构的二硫化钼包裹在氮化镓纳米线的表面，由于两者的静电势的不同，当两种物质复合在一起时，在两种材料界面处形成异质界面，产生内建电场，而内建电场的形成可以促进电荷在界面处的转移效率，从而提高电极材料的导电性，进而提升了复合电极的电化学性能。

技术特征：

1.一种复合电极，其特征在于，包括碳基体和负载在所述碳基体上的改性氮化镓纳米线，所述改性氮化镓纳米线包括氮化镓纳米线和包裹在所述氮化镓纳米线表面的片层状二硫化钼；

2.根据权利要求1所述的复合电极，其特征在于，所述氮化镓纳米线的直径为50nm～250nm，长径比为40～100。

3.根据权利要求1或2所述的复合电极，其特征在于，所述改性氮化镓纳米线和碳基体的质量比为1：2～10；

4.权利要求1～3任一项所述复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述镓源包括含镓氧化物和/或含镓无机盐；所述单质碳包括碳粉；

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氨气的流量为100～150sccm。

7.根据权利要求4～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积的温度为950～1050℃，保温时间为15～30min。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钼源包括钼酸钠和/或钼酸铵；所述硫源包括硫脲和/或硫代乙酰胺；

9.根据权利要求4或8所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为180～200℃，保温时间为24～48h。

10.权利要求1～3任一项所述的复合电极或权利要求4～9任一项所述的制备方法制备得到的复合电极作为锂电池负极中的应用。

技术总结
本发明属于锂电池负极技术领域，具体涉及一种复合电极及其制备方法和应用。本发明提供的复合电极，包括碳基体和负载在所述碳基体上的改性氮化镓纳米线，所述改性氮化镓纳米线包括氮化镓纳米线和包裹在所述氮化镓纳米线表面的片层状二硫化钼；所述片层状二硫化钼和氮化镓纳米线之间形成异质界面。本发明提供的复合电极中的氮化镓纳米线具有较高的比表面积，能够提供更多的活性位点，有利于锂离子的吸附和电荷转移，提高了活性位点的利用率；具有片层状结构的二硫化钼包裹在氮化镓纳米线的表面，由于静电势的不同，在界面处形成异质界面，产生内建电场，可以促进电荷在界面处的转移效率，提高电极材料的导电性，进而提升了复合电极的电化学性能。

技术研发人员：王严杰,赖逸帆,孙长龙,杨锐珊,刘丹
受保护的技术使用者：东莞理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13