[发明专利]花状二硫化钼包覆球形剑麻炭电极材料的制备及其应用

说明书

本发明公开了一种花状二硫化钼包覆球形剑麻炭电极材料的制备及其应用。以球形剑麻炭为基底、三氧化钼为钼源、硫代乙酰胺为硫源、尿素为还原剂、一步水热后再高温炭化制备花状二硫化钼包覆球形剑麻炭(MoS₂@SSFC)的方法，并以此MoS₂@SSFC作为锂离子电池负极材料。具体制备步骤:(1)球形剑麻炭(SSFC)制备；(2)复合二硫化钼，水热反应；(3)炭化处理。本发明原材料价廉易得，实验流程简单，条件易控，制备出的花状二硫化钼包覆球形剑麻炭(MoS₂@SSFC)作为锂离子电池负极材料，由于其独特的结构，有利于Li⁺穿插、嵌入，同时具有导电性佳，放电比容量好等优点。

技术领域

本发明公开了一种花状二硫化钼包覆球形剑麻炭电极材料的制备方法及应用，属于生物质材料与无机材料二硫化钼结合领域，同属于电化学电极材料领域。

背景技术

锂离子电池早在20世纪九十年代就开始投入到商用化行业，至今为止，锂离子电池仍然是众多电子产品的续航关键，市场上常见的锂离子电池，石墨材料作为负极材料，具备较强的稳定性，低成本等优势，却存在致命特征——低理论比容量。日益增大的电源需求和现有产品续航低下的矛盾，促使人们加紧步伐研发具备更大比容量，能量密度高以及快速充电能力的锂离子电池。比如，寻找可代替石墨材料的生物质材料，让其理论能量相近甚至高于石墨材料；寻找可代替石墨材料的无机材料，在比容量、库伦效率甚至是成本上都力争优于石墨材料。

生物质材料，比如玉米杆，甘蔗渣，椰子壳等都被用于锂离子电池负极材料的研究。剑麻作为广西特色的植物，其纤维的应用已在国内外有较多的研究报道。剑麻纤维产量高，成本低廉，硬度高，易炭化，用于锂离子电池负极材料时具备近于商用石墨炭的比容量。CN102505187A公开了一种层次多孔炭剑麻纤维材料的制备方法和应用，其比表面积高达3350m²/g，拥有优异的吸附性能。CN106450314公开了一种“弹簧状”剑麻纤维炭的制备及其应用，其孔结构发达，孔径分布集中，对亚甲基蓝吸附率高达85％-90％。但是，并未见有球形剑麻纤维炭相关专利的报道。同时，纯剑麻纤维炭的有限比容量尚不能满足现代对电源的需求，因此，在剑麻纤维炭的基础上复合无机材料二硫化钼，以期获得比容量、循环稳定性均更高的电极材料。

二硫化钼是目前研究热潮中的二维材料，属于过渡金属硫属化合物中的一种，被广泛用于光电传感器、电子器件、电催化、吸附材料等领域。二硫化钼的理论比容量达到670mAh/g，却存在电子传导性低，结构稳定性不佳等缺陷。花状二硫化钼具有典型的类“三明治”夹层架构，由三原子层(S-Mo-S)与合适的带隙组成，相比其他形貌的二硫化钼更加有利于离子的进出。因此，我们将导电性高的球形剑麻纤维炭与花状的二硫化钼复合，将两者的性能进行结合、优化，通过结构的整合、堆叠，可以增加材料的比表面积，提高电子传导率，为锂离子的穿插提供更多通道。既解决了剑麻纤维炭理论比容量低的问题也解决了二硫化钼导电性差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备简单、具有优异电化学性能的花状二硫化钼包覆球形剑麻炭电极材料的方法以及应用，高电导率球形剑麻炭与高理论比容量的花状二硫化钼相结合，同时弥补了球形剑麻炭比容量低以及花状二硫化钼电导率不高的缺陷。

本发明涉及的花状二硫化钼包覆球形剑麻炭，直径尺寸为2～4μm，二硫化钼的花状结构由30～40nm厚的纳米片组成，花状二硫化钼包覆球形剑麻炭在电流密度100mA/g下，首次放电比容量达到1214～1031mAh/g，30次循环后保持在489～410mAh/g，相比纯球形剑麻炭(首次放电比容量909～518mAh/g，30次循环后保持在277～165mAh/g)，30次循环后放电比容量提升了43％～60％。

所述花状二硫化钼包覆球形剑麻炭的制备方法，具体步骤如下：