[发明专利]一种二硫化钼/碳纳米纤维复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种二硫化钼/碳纳米纤维复合材料及其制备方法与应用。本发明公开了一种二硫化钼/碳纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将钼酸盐溶液与硫化物溶液进行混合，得到前驱体；步骤2：将前驱体与水溶性高分子聚合物进行混合后依次通过静电纺丝和碳化得到二硫化钼/碳纳米纤维复合材料。该制备方法制备得到的二硫化钼/碳纳米纤维复合材料中二硫化钼均匀的分布在碳纳米纤维上，形成单层的二硫化钼，从而扩大了二硫化钼的可接触的比表面积，提高了其导电性，加速了离子的传输速度，进而可以提高锂离子/钠离子电池的循环性能和比容量。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种二硫化钼/碳纳米纤维复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着石油，煤炭等不可再生能源的枯竭及环境污染问题的日益突出，能源危机的出现推动了储能技术的快速发展。可持续和环保设备的发展的迫切需要被认为是一个具有挑战性的任务，开发利用新能源迫在眉睫，以风能、太阳能等受到广泛研究，但其受天气、气候、地理位置等因素的限制，具有间歇性，在实际应用中具有一定的局限性。如今，可充电的锂离子电池广泛用于数码产品，然而随着锂资源的开发和利用，地球上锂的数量不能满足需求的快速增长，从而导致了高成本进而限制了锂离子电池的发展和使用。与锂在同一主族的钠，具有相似的化学性质和储能机理，因此，得到进一步研究，在自然界中钠的储量丰富，成本低，钠离子电池有很大的应用前景，有望成为下一代的大规模储能技术。因此众多研究者研究钠电负极材料，碳材料、金属氧化物材料、碳基材料等，其中硫化物具有和石墨类似的结构，得到广泛的研究。

二硫化钼具有适合储存钠的结构(d＝0.62nm)和高的理论可逆容量，但是其具有低的导电性及在钠离子嵌入和脱出的过程中巨大的体积变化会导致活性材料的脱落或粉化，导致容量快速衰退及不可逆容量大等。目前，研究学者通过各种手段来提高其电化学性能，对其进行修饰或改性，但其导电性低和钠离子嵌入/脱出造成的体积易膨胀的问题均未得到很好的改善。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种二硫化钼/碳纳米纤维复合材料及其制备方法与应用，该制备方法制得的碳纳米纤维复合材料提高了二硫化钼的导电性，且提高了电池的循环性能和比容量。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种二硫化钼/碳纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将钼酸盐溶液与硫化物溶液进行混合，得到前驱体；

步骤2：将所述前驱体与水溶性高分子聚合物进行混合后依次通过静电纺丝和碳化得到碳纳米纤维复合材料。

本发明步骤1中，前驱体为红色晶体四硫代钼酸铵，为二硫化钼的前驱体；所述混合后，得到前驱体前，还包括：依次进行过滤、洗涤和干燥；所述洗涤的方法为：无水乙醇和四氢呋喃交替洗涤3～4次；干燥的方法为：在氮气气氛下干燥24h～48h，优选48h；所述述钼酸盐溶液中钼酸盐的浓度优选为0.25g/mL～0.5g/mL，更优选为0.25g/mL；所述钼酸盐溶液中的钼酸盐与所述硫化物溶液中的硫化物的质量比优选为1:2～1:4，更优选为1:3。

本发明步骤2中，所述水溶性高分子聚合物需溶于水再混合，其中，水溶性高分子聚合物的溶解需加热，加热的温度为50℃～70℃，优选为60℃；混合后的产物置于注射器中，进行静电纺丝，得到初生的碳纳米纤维丝，所述初生的碳纳米纤维丝的直径为260～300nm；所述静电纺丝的工艺为：施加正电压22kV；施加负电压-2kV；速度0.075mm/min；针头型号21 G；金属针与收集金属板之间的距离10cm；仪器的内部温度50℃；所述静电纺丝后得到的碳纳米纤维丝需进行干燥，所述干燥为真空干燥，所述真空干燥的时间为12h～24h，温度为60℃～80℃，优选为80℃，24h；所述碳化的方法为：在氮气气氛下4℃/min～8℃/min的升温速率到500℃～700℃并保温1h～2h，所述升温的速率优选为5℃/min，保温的温度优选为600℃，保温的时间优选为1h。