[发明专利]一种二硫化钼@石墨炔复合材料、制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二硫化钼@石墨炔复合材料的制备方法，通过将六乙炔基苯溶液与钴盐、吡啶混合反应得到石墨炔，然后将石墨炔与钼源、硫源混合后经一步法溶剂热反应得到二硫化钼@石墨炔复合材料。该制备过程具有方法简单、成本低、环境友好的特点。本发明还公开了上述方法制备得到的二硫化钼@石墨炔复合材料，具有导电性好、比表面积大等优势，片层石墨炔增大了复合材料的导电性，为MoS₂的形核长大提供模板，避免了MoS₂团聚。本发明还公开了二硫化钼@石墨炔复合材料在钠离子电池中的应用，其具备的较大的层间距有利于钠离子的嵌入和脱出而不会引起较大的体积膨胀，保证了钠离子电池的倍率性能和循环稳定性，提高了钠离子电池的比容量。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，涉及一种二硫化钼@石墨炔复合材料、制备方法和应用。

背景技术

随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气 等传统能源储备量不断减少及传统供能系统造成的环境污染问题日益严重，大大限制了社会 的发展和人类生活质量的进一步改善。因而寻求新能源，特别是无污染的清洁能源已成为现 代科研人员的研究热点。

钠离子电池与锂离子电池相同，也是一种绿色储能方式。但是锂离子电池存在锂丰度低， 资源分布不均的问题，约70％集中在南美洲，我国80％的锂资源依赖进口。另外锂离子电池 的安全隐患也难以满足大规模储能的应用需求。与锂离子电池相比，钠离子电池具有的优势 有：(1)钠盐原材料储量丰富，价格低廉，采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极 材料，原料成本降低一半；(2)由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液(同样浓度电解液，钠盐 电导率高于锂电解液20％左右)降低成本；(3)钠离子不与铝形成合金，负极可采用铝箔作为集 流体，可以进一步降低成本8％左右，降低重量10％左右；(4)由于钠离子电池无过放电特性， 允许钠离子电池放电到零伏。相对于铅酸电池，同等容量的钠离子电池体积更小、重量更轻， 比能量高出2倍以上，且循环寿命更长，未来首先有可能取代铅酸电池并逐步实现低速电动 车、储能等领域的无铅化。但是钠离子半径大于锂离子半径，使得钠离子在嵌入材料晶体结 构过程中更加倾向于嵌入空间更大的阳离子八面体或三棱柱构型的阴离子间隙位。其次，钠 离子的相对原子质量大于锂离子，同时钠离子的电极电位比锂离子的高约300mV，这些因素 共同作用导致钠离子电池的质量能量密度低于锂离子电池。

因此，为提高钠离子电池的能量密度，寻找一种导电性高、间隙更大以使钠离子可以顺 利嵌入脱出的负极材料至关重要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种二硫化钼@石墨炔复合材料 的制备方法，具有操作简单、反应条件温和、产率高的特点。

本发明的目的之二在于提供根据上述制备方法得到石墨炔及二硫化钼@石墨炔复合材料， 具有比容量高、倍率性能好、良好的循环稳定性等特点。

本发明的目的之三在于提供二硫化钼@石墨炔复合材料在钠离子电池中的应用。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种二硫化钼@石墨炔复合材料的制备方法，通过在六乙炔基苯溶液中加入钴盐、吡啶， 反应后经洗涤、干燥后得到石墨炔；将制备得到的石墨炔加入到钼酸钠、硫脲溶液中，混合 均匀后进行水热反应，得到二硫化钼@石墨炔复合材料。

进一步地，具体包括以下步骤：

(1)在惰性气体氛围下，依次向有机溶剂中加入六(三甲基硅基-乙炔基)苯、四正丁基氟 化铵三水化合物，0-4℃下搅拌15-30min，经洗涤、干燥后得到六乙炔基苯溶液；

(2)将步骤(1)得到的六乙炔基苯溶液与钴盐、吡啶混合，40-50℃下反应10-15h后洗涤、 干燥得到石墨炔；