[发明专利]一种三维多孔结构复合电极材料的制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种三维多孔结构复合电极材料的制备方法与应用，所述复合电极材料的制备方法包括：S1、将二硫化钼量子点加至氧化石墨烯分散液中，均匀分散，得到混合物分散液；S2、将所述混合物分散液进行水热反应，得到复合材料水凝胶；将所述复合材料水凝胶经冷冻干燥后得到所述复合物电极材料。本发明制备的复合材料具有三维结构，且具有较高的比表面积，均一的孔径，优良的导电性，同时量子点的存在提供较多的活性位点，能很好地与多硫化物相互作用，是一种优良的锂硫电池电极材料。

技术领域

本发明属于锂硫电池正极材料的制备技术领域，特别涉及一种三维多孔结构复合电极材料的制备方法与应用。

背景技术

锂硫电池是一种功率密度大，理论比容量高的新型储能器件，同时S的自然界储量丰富，成本低，环境友好，因而锂硫电池具有广阔的应用前景。

目前制约锂硫电池的发展最主要的问题分为三个方面：1)S作为活性物质存在于正极材料中，但是并不导电；2)充放电过程中生成的多硫化物溶于电解液，并沉积在阳极，造成活性物质损失和阳极钝化，此即为“穿梭效应”；3)充放电过程中正极材料存在较大的体积变化，造成电池变形。

近年来，一方面，各种碳材料(如碳球，碳纳米管，碳纳米纤维以及石墨烯等等)被用做活性物质硫的载体来提高正极材料的导电性，提供电子传递路径；另一方面金属氧化物和硫化物(如Ti₄O₇，Co₉S₈，MoS₂等)均因与多硫化锂的强相互作用而被用于正极材料添加剂，导电的金属化合物更是被直接用于与硫复合作为电池正极，所得电极均表现出了优异的电化学性能。二硫化钼因其类石墨烯结构，以及与硫及硫化物的强相互作用一直被应用于锂硫电池作为正极材料，可以降低锂硫电池的穿梭效应，提高活性物质利用率和循环稳定性。但片层MoS₂或者块状MoS₂仅存在有限的活性边缘，其电导率和表面积等因素也一直限制着MoS₂对多硫化锂的进一步吸附。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三维多孔结构复合电极材料的制备方法与应用。

本发明将二硫化钼处理成量子点增加了其相互作用的活性位点，同时将其与导电性较强的石墨烯复合，提高复合材料导电性，结合石墨烯的多孔结构，得到具备高导电性同时有丰富活性位点能够固定活性物质的复合电极材料，从而提高锂硫电池性能。

本发明中引入了二硫化钼量子点，二硫化钼量子点(MoS₂QDs)具有小尺寸效应，是一种汇集了活性边界、导电性和比表面积等优点为一体的一种材料，其极小的粒子尺寸可以极大程度上带来不饱和位点，并增加对多硫化锂的化学吸附作用，进而抑制穿梭效应，提高电池循环的稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种三维多孔结构复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将二硫化钼量子点加至氧化石墨烯分散液中，均匀分散，得到混合物分散液；

S2、将所述混合物分散液进行水热反应，得到复合材料水凝胶；将所述复合材料水凝胶经冷冻干燥后得到所述复合物电极材料。

优选地，步骤S1中，所述二硫化钼量子点的制备方法包括溶剂热合成法、超声剥离法中的一种。例如，所述二硫化钼量子点分散液的制备方法可采用“Haifeng Dong,etal.Fluorescent MoS2Quantum Dots:Ultrasonic Preparation,Up-Conversion andDown-Conversion Bioimaging,and Photodynamic Therapy[J].ACS Applied MaterialsInterfaces,2016,8,3107-3114.”。