纳米小球纳米复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及过渡金属硫化物、半导体材料与锂离子电池技术领域，具体涉及一种放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球材料制备及其锂离子电池阳极材料方面的应用方法。
【背景技术】
[0002]MoS2是一种新兴的层状过渡金属硫化物，其结构是由两层硫原子与一层钼原子组成的类似三明治型结构堆叠而成的二维层状结构，具有稳定层状结构、大表面积以及良好的机械柔性，在超级电容、锂电池以及传感器领域表现出良好的应用潜力。由于MoS2独特的物理化学性能，它也是一种良好的锂电池阳极材料，其类石墨烯的层状结构可以很好地对锂离子进行存储。但是由于MoS2是纳米片层状结构，在锂离子进出过程中，纳米片层间受到膨胀收缩机械力的冲击，容易造成纳米片层状结构塌陷损坏，降低锂电池使用的长期稳定性。此外，纯的MoS2纳米材料自身存在导电性差的固有缺陷，限制了 MoS2纳米材料在锂电池方面的应用。因此，为了利用MoS2较高的存储锂离子性能，必须提高其充放电稳定性和导电性，这是当前MoS2材料在锂离子电池应用领域急需解决的问题。
[0003]纳米碳材料是一种廉价、无毒、易于制备的纳米材料，已经被广泛用于和其它半导体材料以及金属材料进行复合来研究和应用其性能。近来，多种基于纳米碳材料的纳米复合结构体系已经引起众多研究学者的关注，但现有技术中尚未有MoS2纳米小球与放射状碳架纳米带纳米复合结构的研究与应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的之一在于提供一种具有优秀锂离子电池阳极稳定性的放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球复合材料，所述复合材料作为锂离子电池阳极材料应用时，具有优秀的长期稳定性。
[0005]本发明提供了一种放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球纳米复合材料，所述复合材料包括洋葱层状MoS2纳米小球和放射状碳架纳米带，以所述放射状碳架纳米带为搭载骨架，所述洋葱层状MoS2纳米小球均匀分布在所述放射状碳架纳米带骨架的间隙与表面，形成所述放射状碳架纳米带搭载洋葱层状M0S2纳米小球复合材料;所述碳架纳米带与所述MoS2纳米小球既有充分牢固的表面接触，又有未形成化合作用的独立存在状态。
[0006]其中，所述洋葱层状MoS2纳米小球为六方晶系，所述碳架纳米带为无定形碳结构。
[0007]其中，所述洋葱层状MoS2纳米小球为规则的实心球形结构，其直径为180?220nm;所述放射状碳架纳米带的长度约为1.5?2.0um，宽度约为80?10nm薄碳架纳米带交叉组成放射间隙形貌。
[0008]其中，所述放射状碳架纳米带多为带状自组装状态形式。
[0009]本发明还提供一种放射状碳架纳米带搭载洋葱层状M0S2纳米小球纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0010](I)使用水热合成法，首先制备洋葱层状MoS2纳米小球悬浮液；
[0011 ] (2)将上述洋葱层状MoS2纳米小球悬浮液加入PH约为8.0?8.5的弱碱性多巴胺溶液，并超声搅拌处理20?24小时，静置后收集沉淀物；
[0012](3)在Ar气保护下，将步骤(2)中获得的沉淀物再转移至高温退火炉内进行退火碳化处理，获得放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球纳米复合材料。
[0013]具体地，所述放射状碳架纳米带搭载洋葱层状M0S2纳米小球纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0014](I)使用水热合成法，首先制备洋葱层状MoS2纳米小球纳米材料:将0.Sg钼酸钠，1.5g硫代乙酰胺溶解到120mL的去离子水中，加入约0.Sg的草酸调节溶液的pH值，充分搅拌超过30分钟后，将混合溶液加入150mL的反应釜中，密封，之后放入烘箱中，在200 °C下加热24小时，反应结束后冷却至室温，将反应釜底黑色沉淀物以及内壁黑色附着收集取出，用去离子水反复洗净，至上清液完全澄清为止，再将上清液倒掉，把纯净的样品放在真空烘箱中60°C干燥5小时后取出，得到黑色粉末，即为洋葱层状MoS2纳米小球纳米材料；
[0015](2)取上述洋葱层状MoS2纳米小球纳米材料Ig，加去离子水制成悬浮液，再加入到10!1^、？!1 = 8.5的1^8-131^6^爰冲液，超声处理1小时使混合均匀，再加入0.58盐酸多巴胺盐，搅拌至充分溶解，并超声搅拌处理20?24小时，所述洋葱层状MoS2纳米小球吸附在所述多巴胺纳米结构框架表面之上，静置后收集沉淀物，此步骤操作结束之后还可以对沉淀物进行清洗；
[0016](3)在Ar气保护下，将步骤(2)中获得的沉淀物再转移至高温退火炉内进行退火碳化处理，获得放射状碳架纳米带搭载洋葱层状M0S2纳米小球纳米复合材料，所述复合材料为黑色粉末状，退火温度为780?800°C，退火时间为5?6小时。
[0017]本发明还提供一种放射状碳架纳米带搭载洋葱层状M0S2纳米小球纳米复合材料作为锂离子电池阳极材料的应用。
[0018]本发明还提供一种基于放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球的锂离子电池阳极材料，其包括铜箔衬底，以及与PVDF粘合剂一起旋涂于该铜箔衬底上的增强阳极材料涂层膜，所述增强阳极材料涂层膜为放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球纳米复合材料。
[0019]其中，所述增强阳极材料涂层的厚度0.4?0.5_。
[°02°]其中，所述放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球包括碳架纳米带以及均匀分布在该碳架纳米带的间隙与表面上的洋葱层状MoS2纳米小球。即，所述放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球结构是以放射状碳架纳米带为搭载骨架，MoS2纳米小球均勾分布在放射状碳架纳米带的间隙与表面上，形成稳定纳米复合结构。将所述放射状碳架纳米带搭载洋葱层状M0S2纳米小球复合材料和PVDF粘合剂一起旋涂于铜箔衬底上，即形成所述放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球锂离子电池阳极材料。其中，所述铜箔还可以是铝箔。
[0021]本发明还提供了一种基于放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球的锂离子电池阳极材料的制备方法，所述锂离子电池阳极材料为基于增进锂离子电池稳定性和增大电容量的放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球纳米复合材料为阳极主材料，所述方法包括如下步骤:
[0022](I)使用水热合成法，首先制备洋葱层状MoS2纳米小球悬浮液；
[0023](2)将上述洋葱层状MoS2纳米小球悬浮液加入PH约为8.0?8.5的弱碱性多巴胺溶液，并超声搅拌处理20?24小时，静置后收集沉淀物，还可以对沉淀物进行清洗；
[0024](3)在Ar气保护下，将步骤(2)中获得的沉淀物再转移至高温退火炉内进行退火碳化处理，获得放射状碳架纳米带搭载洋葱层状M0S2纳米小球纳米复合材料，所述复合材料为黑色粉末状。
[0025](4)将步骤(3)中获得的放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球纳米复合材料和聚偏氟乙烯(PVDF)粘合剂同时分散于N-甲基吡络烷酮(匪P)溶剂中，磁力搅拌处理30分钟得到混悬液；
[0026](5)利用旋涂法，将步骤(4)中获得的混悬液均匀覆盖在所述铜箔上形成一层薄层电极材料，并在真空条件下烘干，得到所述的放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球锂电池阳极材料。
[0027]进一步地，所述基于放射状碳架纳米带搭载洋葱层状M0S2纳米小球的锂离子电池阳极材料的制备方法，还可以包括步骤(6)，所述步骤(6)为:将上述方法步骤(5)中获得的锂电池阳极材料搭配锂电池电解液和金属锂箔以及钢材质金属外壳，在压盖机上组装成为纽扣锂离子电池的步骤(6)。
[0028]其中，步骤(5)中，所述薄层电极材料的厚度为0.4?0.5mm，优选地，为0.5mm;所述烘干温度为80?1000C，优选地为900C，所述烘干时间为5?8小时，优选地，为6小时。
[0029]步骤(6)中，所述电解液为碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯的混合液，混合体积比例为1:1o
[0030]本发明提供一种简易的增进锂离子电池稳定性和增大电容量的放射状碳架纳米带搭载洋葱层状MoS2纳米小球锂离子电池阳极材料的制备方法，从而解决现有技术中MoS2纳米材料在锂离子电池应用上遇到的问题。本发明中，所述洋葱层状MoS2纳米小球与放射状碳架纳米带形成稳定结构，使M0S2纳米小球在超声和高温条件下吸附在放射状碳架纳