[发明专利]珍珠项链多级结构MoS

说明书

本发明公开了一种珍珠项链状多级结构MoS₂@C‑CNFs钠离子电池负极材料及其制备方法，以聚丙烯腈和SiO₂@SiO₂/间苯二酚‑甲醛低聚物球为原料，采用静电纺丝法得到SiO₂@SiO₂/间苯二酚‑甲醛低聚物/PAN复合纳米纤维，再通过煅烧及刻蚀的方法得到了空心介孔碳球‑碳纤维复合材料。以空心介孔碳球‑碳纤维复合材料为限域生长反应器，通过水热方法得到珍珠项链多级结构MoS₂@C‑CNFs，有效减少二硫化钼纳米片堆积及増加二硫化钼的活性位点，缩短钠离子的扩散路径，三维交联网状增强复合材料的导电性，可防止其充放电过程中结构的脱落，缓冲嵌/脱钠过程中的体积效应，从而使材料拥有好的倍率性能及循环稳定性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池材料合成技术领域，具体涉及一种珍珠项链多级结构MoS₂@C-CNFs钠离子电池复合材料及其制备方法。

背景技术

作为可充电电池的重要组成部分，负极对整个电池的性能具有巨大的影响。

当前，钠离子电池(SIBs)负极的能量存储机制，仍主要是基于不会引起主体结构变化的拓扑可逆的钠插入过程。然而，第一代电极的能量密度较低，为了能够替换传统的石墨负极，我们需要开发新型的负极材料，且该材料应满足以下条件：(a)该材料的分子质量和密度应较低，单位分子式能储存的钠离子数应较多。(b)材料电化学可逆性好，具有高的、稳定的可逆容量。(c)负极材料的电位应与钠金属的电位接近，那么，当它与正极材料组装成全电池时，可以使电池拥有高的工作电压。(d)材料不溶于电解液溶剂，并且不与电解液中的盐或者溶剂发生化学反应。(e)最后，理想的负极应该便宜、安全、环境友好，并且具有优异的电子和离子导电性。

近年来，一维(1D)珍珠项链状结构因其独特的几何形状和特殊的物理/化学性质而备受关注。特别是，1D珍珠项链状纤维结构可以有效地改善活性材料的电子传导性和离子传输，并限制钠嵌入过程中过渡金属化的聚集。然而，在Na⁺插入和提取过程中过渡金属化物的严重体积膨胀导致复合纳米纤维的断裂，导致容量的快速衰褪以及膜电极的柔韧性和机械强度的损失。因此，有必要设计和制造新型复合纳米纤维，其能够为循环过程中过渡金属氧化物的体积膨胀提供足够的缓冲空间，从而保持复合纳米纤维的结构稳定性和柔韧性。

由于其优异的电化学性能，二硫化钼(MoS₂)已成为SIBs最有希望的候选者。然而，MoS₂薄片的高堆叠使得电极材料的导电性和层间位点的利用率低于理想值，导致层间电荷的转移和存储受限。

发明内容

本发明的目的是提出一种珍珠项链多级结构MoS₂@C-CNFs钠离子电池负极材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种珍珠项链多级结构MoS₂@C-CNFs钠离子电池负极材料，珍珠项链多级结构中，珍珠部分是空心介孔碳球以及内部限域生长的二硫化钼纳米片即MoS₂@C，串联珍珠部分的是一维碳纤维CNFs，相互连接形成三维交联网状，形成所述的钠离子电池负极材料。

进一步的，空心介孔碳球直径为300～800nm，表面介孔孔径为2～5nm，碳球壁厚为5～30nm。

进一步的，内部限域生长的二硫化钼为花状片层结构，直径50～300nm，层数2～9层。

进一步的，串联珍珠的是一维碳纤维，其直径为100～500nm。

上述钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：