[发明专利]一种碳包覆硫化钼/水葫芦生物质碳复合材料及其制备方法和用途

说明书

一种碳包覆硫化钼/水葫芦生物质碳复合材料及其制备方法和用途，包括：第一步，用钼酸钠和硫代乙酰胺为原料，通过160‑200℃水热法，在球泡状水葫芦生物质碳表面上生长MoS₂纳米片阵列；第二步，80‑100℃水浴法在MoS₂纳米片阵列上包覆一层多巴胺聚合物；第三步，通过惰性气氛下500‑800℃高温煅烧将聚合的多巴胺碳化形成碳包覆层，即得到碳包覆硫化钼/水葫芦生物质碳核壳结构复合材料。本发明操作简单，产量大，包覆层均匀；涉及的复合材料作为钠离子负极材料时，具有成本低、高可逆充放电容量﹑长循环寿命以及优异倍率性能等优点。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池的负极材料，具体为碳包覆硫化钼/水葫芦生物质碳复合材料及其制备方法和其用途。

背景技术

随着能源大量开发利用以博取经济发展，导致环境污染和能源短缺等问题日渐突出，开发并利用清洁可再生能源是当今社会发展的迫切需求。目前，锂离子二次电池由于高能量密度、高功率密度、长循环寿命以及更高的安全性能等优点，被广泛应用于电子产品、电动汽车甚至在航空航天领域中，也是发展最快的绿色环保化学储能电源。但是，有限的锂资源无法满足人们对锂离子二次电池巨大的需求，因此解决问题的关键是要开发绿色环保且廉价的相关储能技术以代替锂离子储能技术。与锂属于同一主族的钠，资源丰富，占地壳元素储量的2.64 ％，且价格低廉，因而钠离子电池越来越获得人们的关注，尤其在大规模储能领域上的应用。但是钠离子质量较重且半径(0.102nm)比锂离子(0.069nm)大，这会导致钠离子在电极材料中脱嵌缓慢，很大程度影响电池的循环稳定性和倍率性能，因此开发合适电极材料是钠离子电池技术发展的关键问题。

层状结构的硫化钼(MoS₂)作为钠离子电池负极材料时，具有较高的比容量，其比容量能达到500-800mAh g-1。MoS₂由单层或者多层硫化物组成，单层MoS₂上下两层为硫原子，中间一层为钼原子，使得层间存在较强的共价键，层与层之间存在较弱的范德华力，多层MoS₂由若干单层MoS₂组成，层间距大约为0.65nm。此类特殊的结构，有利于钠离子的嵌入，并能为其嵌入提供更大的空间，避免嵌入钠时导致体积膨胀，从而保持结构的稳定﹑满足钠离子快速存储需要的稳定性﹑拥有较大有效比表面积以及离子脱嵌时所需较短路径。但是在充放电的过程中，MoS₂由于层与层间的范德华力作用，易发团聚，从而导致电解液与活性物质的有效接触，使得其可逆容量快速的衰减；MoS₂电子导电率并不高，而且在嵌钠过程中形成的Na2O也会恶化此类电极材料的导电性，使得其作为负极时的倍率性能较差，阻碍了其钠离子电池领域的应用。

通常采用层状结构MoS₂与石墨烯﹑碳纳米管复合，抑制其团聚，增加其导电性，提高钠离子扩散速率。与此同时，也对MoS₂进行表面改性或者包覆，抑制其充放电过程产生的多硫化物的穿梭问题，从而改善其储钠的稳定性能和倍率性能。虽然这些方法在一定程度可以改善MoS₂作为钠离子电池电极的电化学性能，但是其可逆容量以及倍率性能等离工业化还存在一段距离，尚需改善。另外，石墨烯、碳纳米管等这些碳材料的制备成本往往是昂贵的、不可再生材料，并且这些碳材料的制备程序较为繁琐，需要大量的时间和精力。

发明内容

本发明的目的在于提供碳包覆硫化钼/水葫芦生物质碳复合材料及制备方法和用途，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种碳包覆硫化钼/水葫芦生物质碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)取钼酸钠溶解在去离子水当中，在常温条件下，搅拌，形成了无色的溶液A；

2)取硫代乙酰胺溶解于溶液A中，形成黄色的溶液B；