[发明专利]一种锂离子电池多壁碳纳米管/二硫化钼复合电极及制备方法

说明书

本发明提供锂离子电池多壁碳纳米管/二硫化钼复合电极及制备方法，制备方法采用多壁碳纳米管以及可溶性钼酸盐、L‑半胱氨酸为原料，利用葡萄糖和曲拉通X‑100作为助剂，提高MoS₂在碳纳米管表面的分散均匀性，并通过原位水热还原法，合成MoS₂与多壁碳纳米管的复合电极材料。该材料具有高的电化学贮锂比容量，优异的循环性能和高倍率特性，且合成方法具有反应条件温和，工艺简单，产率高且重现性好等优点。

技术领域

本发明属于新型化学电源和新能源材料领域，具体涉及锂离子电池电极材料及制备方法，尤其是用类石墨烯MoS₂与多壁碳纳米管复合材料作为电化学活性物质制备的高容量和循环性能稳定的锂离子电池电极。

背景技术

随着便携电子器件和电动车行业的迅猛发展和对储能系统要求的不断提高，锂离子电池的研究与应用得到广泛关注。电极材料作为锂离子电池的重要组成部分也日益受到重视。目前已经商业化的锂离子负极材料是石墨电极，虽然具有良好的导电性，但是较低的能量密度和体积密度制约了其在锂离子电池中的进一步应用。

具有单层或少层数(平均5层以下)过渡金属二硫化物MoS₂和WS₂，被称为类石墨烯MoS₂和WS₂。与体相材料相比，单层或少层数(平均5层以下)类石墨烯MoS₂具有一些新的物理化学和光电性能，作为锂离子电池负极材料也显示了良好的性能，具有较高的比容量(1062mAh/g)。MoS₂具有类似石墨的典型层状结构，其层内是很强的共价键(S-Mo-S)，层与层之间存在较弱的范德华力，层与层之间容易剥离。MoS₂较弱的层间作用力和较大的层间距允许通过插入反应在其层间引入外来的原子或分子。这样的特性使MoS₂材料可以作为插入反应的主体材料。因此，MoS₂是一种有发展前途的用于高性能电池的电化学储锂和电化学储镁的电极材料。然而，作为锂离子电池的电极材料，MoS₂在锂离子脱嵌过程中晶格参数发生改变，使具有高表面能的MoS₂片层结构发生坍塌堆积，进而影响了S-Mo-S的片层之间电子/离子的导电性，降低了其电化学性能。此外，MoS₂的比表面比较低，从而限制了电极与电解液的接触，并降低了电极的活性位点，使得材料不能得到充分的利用。因此，作为电极材料的应用需要增强其导电性能。

目前，有研究通过采用与具有高电导性能、较大比表面积的其他材料复合，提高电极的比表面以及导电性能。然而这方面的报道依然较少。多壁碳纳米管具有较高的比表面积、高的导电和导热等性能、高的电荷迁移率，优异的力学性能。如果将多壁碳纳米管和MoS₂材料复合制备两者的复合材料。碳纳米管的高导电性能可以进一步提高复合材料的导电性能，增强电化学电极反应过程中的电子传递，改善复合材料的电化学性能。然而，当前该材料面临亟待解决的问题有两个，一是MoS₂在碳纳米管表面负载不均匀，二是MoS₂包覆碳纳米管后，严重降低了碳纳米管的导电性。

发明内容

本发明的目的在于提供锂离子电池类石墨烯MoS₂与多壁碳纳米管复合电极材料的制备方法，采用多壁碳纳米管以及可溶性钼酸盐、L-半胱氨酸为原料，利用葡萄糖和曲拉通X-100作为助剂，提高MoS₂在碳纳米管表面的分散均匀性，并通过原位水热还原法，合成MoS₂与多壁碳纳米管的复合电极材料。该材料具有高的电化学贮锂比容量，优异的循环性能和高倍率特性，且合成方法具有反应条件温和，工艺简单，产率高且重现性好等优点。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:

一种锂离子电池多壁碳纳米管/MoS₂复合电极制备方法，包括以下步骤：