[发明专利]一种具有高能量密度和快充性能的超长二氧化钛纳米管@碳@硫化钼复合电极的制备方法

说明书

本发明提供了一种具有高能量密度和快充性能的超长二氧化钛纳米管@碳@硫化钼复合电极的制备方法，包括超长钛酸盐纳米管的制备、外部包裹有机物层的钛酸盐纳米管的制备、TiO₂@C@MoS₂复合电极的制备和TiO₂@C@MoS₂复合电极的电化学性能测试。本发明的有益效果为：以TiO₂纳米管骨架作为基底，提高电子传递效率，防止充放电过程中二维MoS₂纳米片团聚；通过在MoS₂纳米片和TiO₂纳米管之间修饰碳层，在TiO₂和C，MoS₂和C之间同时形成Ti‑O‑C和C‑S化学键，增加两者间的结合力，避免MoS₂纳米片因体积膨胀从TiO₂基底上脱落。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种具有高能量密度和快充性能的超长二氧化钛纳米管@碳@硫化钼复合电极的制备方法。

背景技术

随着经济的迅猛发展，可穿戴电子设备、无人飞行器以及电动汽车等领域的发展越来越迅速，对高能量密度和具有快速充放电能力的锂离子电池需求越来越大。目前商业化锂离子电池的主要以石墨作为负极材料，虽然石墨成本低，但其具有相对较低的理论容量(372mAh/g)，动力性能差，不能满足未来对大容量电池的需求。近年来，过渡金属氧化物和硫化物由于其相对较高的能量密度、较长的循环寿命等优点被广泛研究作为存储锂的活性材料。

过渡金属硫化物MoS₂，由两层S原子中间夹单层Mo构成三明治结构，具有类似石墨的片层结构，片层之间依靠作用力弱的范德华力相互结合，层间距大(0.615nm)，加之，MoS₂具有高理论比容量(670mAh/g)，在地壳中储量丰富，价格低廉，被广泛研究作为锂离子电池理想的负极材料。但MoS₂导电性较差，限制了其在高充放电倍率下的反应速率；其次，在充放电过程中，MoS₂容易团聚，降低了活性位点；并且由于较大的体积膨胀(≈ 103％)，MoS₂容易从载体以及集流体上脱落，导致电化学性能较差。

因此，许多研究人员进行大量的探索研究来解决MoS₂导电性差，以及在电池充放电过程中易团聚，体积变化大等问题：1)表面改性。在MoS₂表面涂覆碳材料或其他材料来抑制其体积膨胀。但是，碳层材料的机械性能较差，在体积膨胀的过程中容易被破坏，从而导致电极稳定性降低；2)复合结构设计。将MoS₂负载在结构稳定的基底材料中，如碳纳米管、石墨烯、MXene或者TiO₂纳米管等，构建复合结构，从而稳定MoS₂的体积变化。然而MoS₂与基底材料的结合力较低，体积膨胀后，MoS₂容易从基底材料上脱落，导致电极的电化学性能较差。

如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

发明内容