[发明专利]一种由纳米片形成的C掺杂花球状二氧化钛/二硫化钼复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种由纳米片形成的C掺杂花球状TiO₂/MoS₂复合材料及其制备方法，其中TiO₂由锐钛矿和单斜晶TiO₂(B)组成。首先以乙酸为溶剂，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂和碳源，以钛酸四丁酯(TBT)为钛源，采用溶剂热法、经煅烧制备花球状C掺杂TiO₂；以合成的C掺杂TiO₂为骨架，再以钼酸铵为钼源，以硫脲为硫源经过水热法得到C掺杂TiO₂/MoS₂复合材料。本发明通过调控钼源和硫源的量来调控复合材料中TiO₂和MoS₂的质量比，通过调控煅烧温度来调控TiO₂的晶型。另外，复合之后并没有改变TiO₂的形貌。并且本发明在制备复合材料的过程中，制备方法简单，制备过程安全，能耗低，可操作性强。

技术领域

本发明涉及一种由纳米片形成的C掺杂花球状TiO₂/MoS₂复合材料及其制备方法，属于新能源材料领域。

背景技术

锂离子电池(LIBs)被认为是便携式电子和电动汽车中最有希望的储能装置。虽然传统的石墨负极已经商业化，但其容量非常低(372mA h g^-1)，在很大程度上限制了其在便携式电子和电动汽车中的实际应用。此外，由于LIBs负极材料在长时间充放电过程中伴随着严重的体积膨胀，使材料破碎严重，导致不可逆的容量损失和循环稳定性降低。因此，LIBs的循环性能、倍率性能和安全性能需要进一步提高。

二氧化钛(TiO₂)作为LIBs最突出的负极材料之一，具有安全性好、成本低、来源广和环境友好等诸多优点。在锂离子(Li⁺)的嵌入/脱出过程中，TiO₂的结构稳定，无电化学锂沉积，这对于LIBs的安全性能至关重要。在循环过程中，TiO₂体积膨胀较小(4％)通常被认为是其他金属氧化物/硫化物骨架或保护层。单斜晶TiO₂(B)属于TiO₂中比较少见的晶型，相比于锐钛矿、金红石与板钛矿，拥有更为开放的孔道，更适合Li⁺传输，能够容纳更多Li⁺，更适用于LIBs。然而，TiO₂本身导电性差，作为负极材料，其性能会受到自身电化学性能限制，并且当Li⁺嵌入TiO₂内层晶格后，在TiO₂表面难以形成有效电场，Li⁺难以完全脱出。

二硫化钼(MoS₂)是典型的二维过渡金属硫化物，具有与石墨烯类似的层状结构，通过范德华力相互作用堆叠在一起，具有(相对于石墨烯的)较大的层间距，这有助于Li⁺嵌入。然而，MoS₂在嵌锂/脱锂过程中仍然遭受较大的体积膨胀和较差的导电性，导致MoS₂在LIBs负极材料应用中较差的循环性能和倍率性能。