一种硫化钼复合碳球及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电极材料，尤其涉及一种硫化钼复合碳球及其制备方法和应用。

背景技术：

1、快充钠离子电池作为一种高能量密度储能设备，近年来受到了广泛的研究和关注。钠离子电池具有优异的潜在应用前景，因为钠资源丰富，价格较低，且分布广泛。与传统的锂离子电池相比，钠离子电池具有更高的能量密度和较低的成本，因此被认为是一种有望替代锂离子电池的储能技术。

2、钠离子电池的性能主要由其正负极材料决定。负极材料作为钠离子嵌入/脱出的主要场所，对电池的循环寿命和快充性能有着直接的影响。然而，传统的钠离子电池负极材料通常存在一些问题，例如充放电速率较慢、循环寿命较短、快充性能不佳等，限制了钠离子电池的进一步应用。为了克服这些问题，目前的研究着重于开发新型的负极材料，其中包括复合材料的设计和制备。复合材料由两种或多种不同材料组成，通过相互作用实现协同作用，以提高材料的性能。在钠离子电池的负极材料中，复合材料的设计可以增加嵌入/脱出反应的活性位点，改善电极的导电性和稳定性，从而显著提高钠离子电池的循环寿命和快充性能。然而，目前在钠离子电池领域，特别是快充钠离子电池领域，仍然缺乏一种能够同时满足高充电速率和长循环寿命要求的负极材料。因此，研究和开发新型的复合负极材料，提高钠离子电池的性能，具有重要的科学意义和应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种硫化钼复合碳球及其制备方法和应用。所述硫化钼复合碳球实现了高速嵌入/脱出反应和有效缓解体积变化引起的电极材料损坏的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种mos2复合碳球，包括碳球和包覆在所述碳球表面的mos2纳米片；

4、所述碳球为硼掺杂的碳球。

5、优选的，所述碳球和mos2纳米片的摩尔质量比为1：（1.5~2.5）；

6、所述碳球中的硼的掺杂量为1~10wt%。

7、本发明还提供了上述技术方案所述mos2复合碳球的制备方法，包括以下步骤：

8、将硫和钼混合后，进行水热硫化反应，得到mos2纳米片前体；

9、将碳源、硼源和溶剂混合后，进行水热反应，得到碳球前体；

10、将所述mos2纳米片前体和碳球前体混合后，进行热解，得到所述mos2复合碳球。

11、优选的，所述硫和钼的摩尔比为2:1。

12、优选的，所述水热硫化反应的温度为180℃~250℃，时间为12~48h。

13、优选的，所述碳源包括葡萄糖、尿素、蔗糖、果糖和麦芽糖中的一种或几种；

14、所述硼源包括硼酸、硼酸盐和三甲硼氧化合物中的一种或几种；

15、所述溶剂包括乙醇和/或乙二醇。

16、优选的，所述碳源、硼源和溶剂的用量比为10：（0.1~1）：（5~7.5）。

17、优选的，所述水热反应的温度为70℃~150℃，时间为4~8h。

18、优选的，所述热解在惰性气氛中进行；

19、所述热解的温度为800~1000℃，时间为1~3h。

20、本发明还提供了上述技术方案所述mos2复合碳球或上述技术方案所述制备方法制备得到的mos2复合碳球在快充钠离子电池中的应用。

21、本发明提供了一种mos2复合碳球，包括碳球和包覆在所述碳球表面的mos2纳米片；所述碳球为硼掺杂的碳球。由于硫化钼是一种过渡金属硫化物具有优异的电化学性能，其纳米片形态有利于钠离子的快速嵌入和脱出，然而，单独使用硫化钼作为负极材料，其在快充过程中的体积变化问题，容易导致结构破坏；为了解决这一问题，本发明在碳球的结构中掺杂硼可以提高碳材料的导电性、稳定性和化学活性；同时采用碳球作为载体，将硫化钼纳米片包覆在所述碳球的表面形成mos2复合碳球，这种核壳结构的复合结构不仅保护了硫化钼纳米片，减缓了其在充放电过程中的体积膨胀，还提供了更多的导电通道，从而有效提高了电极的电导率和离子传输速率。因此，硫化钼复合碳球作为负极材料，能够显著提升快充钠离子电池的电化学性能；增强了快充钠离子电池的循环稳定性：本发明所述mos2复合碳球具有较高的结构稳定性和耐循环性能。由于碳球的存在，硫化钼纳米片在充放电过程中得到有效的固定，减少了极化现象和电极材料的脱落，从而提高了快充钠离子电池的循环稳定性和长周期循环性能；实现了高容量和高倍率的快速充放电性能：由于硫化钼复合碳球的核壳结构，电极材料的导电性能得到了明显的提升，使得电池在高倍率下依然能够维持较高的容量。同时，硫化钼作为锂离子电池的替代材料，具有更高的钠离子嵌入/脱嵌能力，因此，硫化钼复合碳球也为快充钠离子电池提供了更高的嵌脱锂离子容量；因此，本发明所述mos2复合碳球充分发挥了硫化钼的优良电化学特性，并通过碳球的稳定性缓解了体积变化引起的电极材料损坏问题，提高了电池的循环寿命和快充性能。

22、本发明还提供了上述技术方案所述mos2复合碳球的制备方法，包括以下步骤：将硫和钼混合后，进行硫化反应，得到mos2纳米片前体；将碳源、硼源和溶剂混合后，进行水热反应，得到碳球前体；将所述mos2纳米片前体和碳球前体混合后，进行热解，得到所述mos2复合碳球。本发明所述制备方法简单易行，能够有效控制硫化钼与碳球的复合过程，获得具有核壳结构的硫化钼复合碳球；且所述制备方法不需要复杂的实验条件和昂贵的材料，该方法还具有很强的可扩展性，可以在大规模生产中应用。因此，本发明所述制备方法为工业化生产快充钠离子电池提供了一种低成本、高效率的解决方案。

技术特征：

1.一种mos2复合碳球，其特征在于，包括碳球和包覆在所述碳球表面的mos2纳米片；

2.如权利要求1所述的mos2复合碳球，其特征在于，所述碳球和mos2纳米片的摩尔质量比为1：（1.5~2.5）；

3.权利要求1或2所述mos2复合碳球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述硫和钼的摩尔比为2:1。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热硫化反应的温度为180℃~250℃，时间为12~48h。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳源包括葡萄糖、尿素、蔗糖、果糖和麦芽糖中的一种或几种；

7.如权利要求3或6所述的制备方法，其特征在于，所述碳源、硼源和溶剂的用量比为10：（0.1~1）：（5~7.5）。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为70℃~150℃，时间为4~8h。

9.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热解在惰性气氛中进行；

10.权利要求1或2所述mos2复合碳球或权利要求3~9任一项所述制备方法制备得到的mos2复合碳球在快充钠离子电池中的应用。

技术总结
本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种硫化钼复合碳球及其制备方法和应用。本发明提供了一种MoS<subgt;2</subgt;复合碳球，包括碳球和包覆在所述碳球表面的MoS<subgt;2</subgt;纳米片；所述碳球为硼掺杂的碳球。本发明所述MoS<subgt;2</subgt;复合碳球充分发挥了硫化钼的优良电化学特性，并通过碳球的稳定性缓解了体积变化引起的电极材料损坏问题，提高了电池的循环寿命和快充性能。

技术研发人员：韩炜,李栋栋,李俊志
受保护的技术使用者：吉林嘉能钠电科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29