[发明专利]一种锂离子电池用MoS2

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用MoS₂@C复合负极材料及其制备方法，所述复合负极材料中MoS₂薄片无序堆叠、相互缠绕，呈蠕虫状微球结构，其中Mo的含量为38~43%，S的含量为47~53%，余量为C。本发明采用MoS₂同碳材料进行复合，制备的负极材料具有蠕虫状结构，可以缩短Li⁺的扩散路径，使复合材料具有比较优异的倍率性能，并且MoS₂薄片表面包覆的碳层能够限制MoS₂纳米片的进一步生长，抑制MoS₂复合材料在循环过程中易发生体积膨胀的问题，从而有效提升锂离子电池负极材料的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用MoS₂@C复合负极材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展和对电子产品的不断更新，地球能源消耗的速度不断加快，对能源的需求又在日益增长，能源危机将会成为人类亟待解决的问题；另外，一次能源消耗时带来的环境污染也是人类必须解决的又一个问题。因此，科学家们都致力于研发更加高效，更加可持续利用，更加安全环保的新能源材料。

近年来，全球的电子产品市场在不断扩大，对电池电化学性能的要求也不断提高。其中，锂离子电池凭借其高能量密度、高工作电压、宽泛的工作温度范围、优良的循环性能、轻便的体积及环境友好等优势，成为如今电化学电源领域的研究热点。由于锂离子电池正极材料的种类有限，对正极材料的改进方法虽多但其放电比容量和能量密度很难再继续得到提升，所以对负极材料的研发就显得尤为重要了。

石墨是目前最常见的一种锂离子电池负极材料，具有层状结构，每一层是由六个碳原子所组成的正六边形连接而成，高端商用石墨的比容量可达360 mAh/g，接近其理论比容量。过渡金属硫化物也是一类典型的锂离子电池负极材料，他们具有高容量、电化学反应电位低、倍率性能好等特点。MoS₂是一种最常见的过渡金属硫化物，其具有二维层状结构，每层MoS₂之间通过范德瓦尔斯力连接，其与碳的复合材料越来越多的被研究并尝试应用于锂离子电池负极上。目前对MoS₂的改进主要是进行材料的纳米化和制备复合结构的MoS₂纳米材料来提升其稳定性和导电性。制备复合结构材料是通过选取模板，如炭纤维、碳纳米管、石墨烯或金属化合物等一些导电性好的材料进行复合。不同形貌的纳米复合材料其性能也不相同。如发明专利201710474392.9公开了一种具有大层间距 MoS₂@C空心球高性能锂离子负极的制备方法，利用液相法先合成前驱体，再通过气相方法将前驱体转化成形貌和尺寸可控具有大层间距MoS₂@C空心球高性能锂离子负极材料的方法，制得负极材料具有尺寸均匀，层间距为导电性好，储锂容量高的空心结构。发明专利201710491572.8公开了一种木质素为碳源的MoS₂@C复合电极材料的制备方法，采用木质素磺酸钠作为碳源，利用合适溶剂和超声作用使样品呈微球，再利用水热法直接合成二硫化钼，使其生长在木质素表面，然后通过高温热解制成我们需要的二硫化钼改性多孔微球碳材料。制得多孔微球碳材料具有直径为1μm左右的核壳结构，比表面积为 14.93m²/g，其比容量约为748mAh/g，且循环性能也较好。但由于上述形貌的复合材料中MoS₂在Li⁺插入过程中会引起层状结构坍塌导致循环性能较差，另外锂离子嵌脱过程引发MoS₂体积的变化的问题，导致其实际电化学性能并不是很稳定，严重影响了MoS₂复合材料的电化学性能，尤其是对高倍率性能影响更甚，这很大程度上限制了MoS₂复合材料在锂离子电池电极材料上应用。

发明内容