一种用于高性能水系锌离子电池正极的Au/Co-MoS2复合材料及其制备方法与流程

本发明属于水系锌离子电池，具体涉及一种用于高性能水系锌离子电池正极的au/co-mos2复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、水系锌离子电池(zibs)因其具有较高的理论比容量，高安全性，低成本等优点受到广泛的关注。其中正极活性物质在整个水系锌离子电池体系中起着重要作用，然而目前所开发的如钒基材料、锰基材料、普鲁士蓝及其衍生物等正极材料都存在导电性差，离子扩散动力学缓慢等问题，急需开发新型正极材料。

2、mos2纳米材料具有较大的比表面积，丰富的表面活性位点等优势，在储能领域备受关注，mos2具有多种结构，包括1t-mos2、2h-mos2、3r-mos2。相较于常见的具有半导体性质的2h相，金属相的1t-mos2具有更好的电化学性能：(1)更高的导电率(比2h相高出107倍)；(2)具有丰富的mo-mo键，有利于储存电子，等。然而在热力学中1t-mos2处于亚稳态，难以获取，并且在水系锌离子电池中受限于不稳定的状态，作为正极活性物质时，会表现出较低的容量。传统2h-mos2在电池正极材料中早有应用，<investigation of zinc ion storageof transition metal oxides,sulfides,and borides in zinc ion battery systems>和<ultrasmall few-layered mos2nanosheets anchored on flower-like hierarchicalcarbons as a long-life electrode for lithium storage>均提出了将2h-mos2作为正极活性物质应用在储能领域中，但都出现了正极容量较低的问题。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的问题，公开了一种用于高性能水系锌离子电池正极的au/co-mos2复合材料的制备方法，通过在mos2中引入auco单金属，在电池性能上，电导率有所提升，在首次充放电容量上有明显的提高。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种用于高性能水系锌离子电池正极的au/co-mos2复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一：将金属相正极材料1t-mos2分散到溶剂中得到混合液，将混合液均匀涂敷在泡沫金属网上；

5、步骤二：采用步骤一中涂覆后的泡沫金属网作为工作电极，采用钴盐作为电解液，进行电沉积，得到1t-mos2@co；

6、步骤三：对步骤二得到的1t-mos2@co进行喷金处理得到前驱体；

7、步骤四：对步骤三得到的前驱体进行热处理，得到1t-mos2@au/co。

8、本发明首先进行电沉积，然后进行喷金，au具有较强的催化活性，在外表面可以和电解液接触，加快反应，进行先喷金后沉积效果差。

9、作为进一步方案，所述金属相正极材料1t-mos2制备方法包括如下步骤：

10、s11：将钼源和硫源溶于酸溶液，搅拌得到混合溶液；

11、s12：将所得混合溶液加热，反应结束后收集底部沉淀，洗涤，冷冻干燥，得到金属相正极材料1t-mos2。

12、冷冻干燥可以保证材料结构完整，1t-mos2是亚稳态，结构容易变化，常规高温干燥可能会导致其结构变化，发生相变。

13、作为进一步方案，所述s11步骤中，钼源包括钼酸铵、七钼酸铵、钼酸钠中的至少一种，硫源包括硫代乙酰胺、硫脲中的至少一种。

14、作为进一步方案，所述钼源和硫源按照mo和s的物质的量比为1：2-8。

15、作为进一步方案，所述酸溶液为乙酸、柠檬酸中的至少一种，所述酸溶液的浓度为0.05-0.1mol/l。

16、作为进一步方案，所述s12步骤中，加热温度为170～190℃，加热时间为10～30min。

17、作为进一步方案，所述步骤一中，溶剂为萘酚。作为进一步方案所述泡沫金属网的材质为ni、fe中的至少一种。

18、作为进一步方案，所述步骤二中，采用铂片或石墨作为对电极。

19、作为进一步方案，所述钴盐为氯化钴、草酸钴、碳酸钴、硫酸钴、硝酸钴、醋酸钴中的至少一种，所述钴盐的浓度为0.01-0.5mol/l。电解液浓度会影响镀层质量，包括平整度、枝晶生长等，本发明采用适宜的浓度，提高镀层平整度。

20、作为进一步方案，所述电解液中还添加有ph调节剂，所述ph调节剂为nh4cl、(nh4)2so4中的至少一种；所述ph调节剂的浓度为0.1-5mol/l。

21、作为进一步方案，所述电沉积的电流密度为2-3acm2，所述电沉积时间为80～120s；每100g金属相正极材料1t-mos2的钴沉积量为200～300mg。钴沉积量过大会导致活性物质含量小，使容量降低，过小会导致沉积不均匀，无法完全覆盖极片表面。

22、作为进一步方案，所述步骤三中，喷金采用喷金仪，金的粒径为2～5nm，喷金时间为20～40s，每100g金属相正极材料1t-mos2的喷金量为50～100mg。喷金量过大会导致附着厚度太大，影响zn2+传输，喷金量过小无法完全覆盖。

23、作为进一步方案，所述步骤四中，所述热处理在惰性气氛中，热处理温度为400-500℃，热处理时间为1-3h。为增强材料稳定性以及调控晶粒尺寸，热处理温度过大会大致活性物质发生额外的相变，过小达不到反应温度。

24、本发明第二方面提供了采用所述制备方法得到的au/co-mos2复合材料。

25、本发明第三方面提供了具有所述的制备方法得到的au/co-mos2复合材料的正极、电池或电化学装置。

26、与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

27、本发明公开了一种用于高性能水系锌离子电池正极的au/co-mos2复合材料的制备方法，通过在mos2中引入auco单金属，au属于贵金属催化剂，au的氧吸附自由能和co相近，由于范德华力作用，au原子的电子云和co原子的电子云相互叠加，使得co3d轨道退简并成t2g轨道和eg轨道，增加eg轨道自由电子数，提高导电性。同时auco双原子催化剂与锌离子电解液接触，根据溶剂化作用及路易斯酸碱理论可知，auco双原子催化剂外层电子云与zn相互吸引，在auco催化剂表面形成独特的双电层电容结构，促进锌离子的传质。同时，auco金属之间的范德华力及auco金属的少量插层会增大mos2的层间距，有利于zn离子的嵌入和脱出。

技术特征：

1.一种用于高性能水系锌离子电池正极的au/co-mos2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属相正极材料1t-mos2制备方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述s11步骤中，钼源包括钼酸铵、七钼酸铵、钼酸钠中的至少一种，硫源包括硫代乙酰胺、硫脲中的至少一种；

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述s12步骤中，加热温度为170～190℃，加热时间为10～30min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，溶剂为萘酚；所述泡沫金属网的材质为ni、fe中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，采用铂片或石墨作为对电极；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，喷金采用喷金仪，金的粒径为2～5nm，喷金时间为20～40s，每100g金属相正极材料1t-mos2的喷金量为50～100mg。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，所述热处理在惰性气氛中，热处理温度为400-500℃，热处理时间为1-3h。

9.一种权利要求1-8任一项所述制备方法得到的au/co-mos2复合材料。

10.一种具有权利要求1-8任一项所述的制备方法得到的au/co-mos2复合材料的正极、电池或电化学装置。

技术总结
本发明公开了一种用于高性能水系锌离子电池正极的Au/Co‑MoS<subgt;2</subgt;复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将金属相正极材料1T‑MoS<subgt;2</subgt;分散到溶剂中得到混合液，将混合液均匀涂敷在泡沫金属网上；步骤二：采用步骤一中涂覆后的泡沫金属网作为工作电极，采用钴盐作为电解液，进行电沉积，得到1T‑MoS<subgt;2</subgt;@Co；步骤三：对步骤二得到的1T‑MoS<subgt;2</subgt;@Co进行喷金处理得到前驱体；步骤四：对前驱体进行热处理，得到1T‑MoS<subgt;2</subgt;@Au/Co。本发明的复合材料用于电池中，改善电池的电化学性能，提高电池的充放电比容量。

技术研发人员：王思邈,曹文卓,闫昭,李婷
受保护的技术使用者：宜宾南木纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16