[发明专利]一种二硒(硫)化钼(钨)/碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二硒(硫)化钼(钨)/碳复合材料及其制备方法和应用；该复合材料是由二硒化钼、二硫化钼、二硒化钨、二硫化钨中至少一种与碳复合构成多孔泡沫结构；其制备方法是将钼源和/或钨源、硒源和/或硫源、碳源和二氧化硅模板剂加入水中后，加热搅拌，形成溶胶；所述溶胶经过烘干后，置于惰性气氛中煅烧；煅烧产物通过腐蚀去除二氧化硅模板剂，即得复合材料，该方法实现了二硒(硫)化钼(钨)活性物质和碳合成、复合，以及造孔同步进行，大大简化工艺，有利于工业化生产，制备的复合材料具有特殊多孔状泡沫状结构，具有高比容量以及能有效缓解充放电过程的体积膨胀的特性，用于锂离子电池或钠离子电池，表现出优异循环性能、高比容量等优点。

技术领域

本发明涉及一种电极材料，特别涉及一种二硒(硫)化钼(钨)/碳复合材料及其制备方法和在锂离子电池或钠离子电池中的应用，电池材料领域。

背景技术

锂离子电池由于循环性能好，能量密度高而被广泛运用于3C数码产品，近些年随着新能源汽车的发展对锂离子电池的性能提出更高的要求，寻找更高能量密度的锂离子电池显得尤为重要，其中开发高比容量，循环寿命长的负极材料是提高锂离子整体性能的关键。目前商用锂离子电池负极材料，如石墨，其理论比容量仅为375mA h/g，远远不能满足高能量密度负极材料的要求。此外，近年来与锂离子电池非常类似的钠离子电池也越来越受到研究者们的关注，这是因为钠的资源非常丰富，钠离子电池在大规模储能方面具有其他电池不能比拟的优势，但是常规的电池负极材料石墨并不具备储钠能力，因此研究和开发高能量密度的钠离子电池负极材料也是其大规模普及的前提。综上所述，锂离子电池和钠离子电池都需要开发高能量密度的电极材料，提高负极材料的比容量是提高电池能量密度的有效途径，但是现有高比容量的负极材料往往伴随巨大的体积膨胀，最后导致材料粉化失效，使电池的循环性能变差。比如硅材料的储锂理论比容量高达4200mA h/g，但其体积膨胀系数却有4.17，巨大的体积效应使其用作负极材料时失效严重。目前常用的解决方法是将其与导电的碳材料进行复合，目的就是为了改善硅基(硒化钼基)材料导电性的同时，利用碳材料的多孔结构对负极材料起支撑容纳包覆等作用，以此缓解其体积效应。但是，多数文献报道的复合方法虽然能在一定程度上缓解了负极材料体积膨胀失效，但要么制备工序比较复杂，要么复合后材料性能仍不能满足要求。如Wangle等[Wang W,Kumta PN(2010)Nanostructured Hybrid Silicon/Carbon Nanotube Heterostructures:ReversibleHigh-Capacity Lithium-Ion Anodes.ACS Nano 4(4):2233-2241]将CNT与硅制备复合电极材料，其比容量高达2000mA h/g，但循环圈数只有20圈，远远不能满足工业化要求。Yang等[Yang X,Zhang Z,Fu Y,Li Q(2015)Porous hollow carbon spheres decorated withmolybdenum diselenide nanosheets as anodes for highly reversible lithium andsodium storage.Nanoscale 7(22):10198-10203]制备的MoSe₂/中空碳球复合电极材料，首先Yang等制备出中空多孔碳球，然后在碳球表面长硒化钼。Yang等将造孔和材料复合分步进行，制备工艺复杂。并且材料的循环性能较差，距离实际应用还有一定的差距。

现有的发明专利中，专利CN105006570A制备了一种硒化钼/中空碳纳米纤维复合电极材料，其采用两步水热再高温处理，实验过程复杂，涉及原料较多，实验过程涉及到水合肼等有毒试剂。专利CN105428622A采用水热法制备了一种硫掺杂硒化钼负极复合电极材料。该材料使用碳纳米管作为碳源，价格昂贵。实验过程使用水合肼来溶解硒粉，水合肼对人身危害极大且污染环境。

发明内容

针对现有的硒化钼/碳复合材料等存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种具有特殊多孔状泡沫状结构，且具有高比容量以及能有效缓解充放电过程体积膨胀特性的二硒(硫)化钼(钨)/碳复合材料。