[发明专利]一种基于单层MoS2

说明书

本申请实施例提供一种基于单层MoSsubgt;2/subgt;的复合材料及其制备方法、电池负极、锂电池，涉及电池新材料领域。单层MoSsubgt;2/subgt;的复合材料制备方法包括以下步骤：取前驱体液，前驱体液中含有质量比为1：(0.7～1)：(1～2)的异辛酸钴、四硫代钼酸铵和N，N‑二甲基甲酰胺；将前驱体液置于气相高压反应装置中，随后在保护气体环境中加热，以使得前驱体液分解成气相，并使得Cosupgt;2+/supgt;原位取代Mosupgt;4+/supgt;，然后降温。本申请实施例的制备方法产率较高，生成的复合材料中单层MoSsubgt;2/subgt;不团聚且本征电导率较好，具有良好的离子输运能力，可提高电池的储锂容量、循环寿命和倍率性能。

技术领域

本申请涉及电池新材料领域，具体而言，涉及一种基于单层MoS₂的复合材料及其制备方法、电池负极、锂电池。

背景技术

目前广泛应用于电子产品以及电动汽车等各个领域的可充电锂离子电池(Lithium-ion batteries，LIBs)的负极材料主要是石墨，但是石墨较小的层间距(0.334nm)和各向异性的离子传输通道严重限制了离子传输能力的进一步提高，并且石墨较低的理论比容量(372mAh/g)不能满足电子和电动汽车对快充锂离子电池日益增长的需求。科研工作者对诸如金属(Ge、Sn等)、过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、硅及其氧化物和石墨烯等材料进行了大量研究，以期能找到替代石墨的负极材料。在这些负极材料中，由于MoS₂具有大的层间距离(0.62nm)和高的理论容量(670mAh/g)而受到极大的关注。一般的MoS₂(例如少层MoS₂，带隙一般在1.2～1.9eV之间)是一种层状材料，同一层内是以结合力强的共价键或离子键结合而成的，具体结构是由中间一层Mo原子，两边各一层S原子形成的夹心式板层；层与层之间则是依靠范德华力结合在一起的；而单层MoS₂是只有一层夹心式板层结构的材料，单层MoS₂和含少层MoS₂结构的一般MoS₂之间的区别类似于石墨和石墨烯的区别。

目前单层MoS₂的制备路线分为两类：(1)在衬底上生长沉积形成单层MoS₂薄膜，包括使用化学气相沉积、外延法和磁控溅射等技术；(2)大块剥离形成单层MoS₂，包括胶带剥离法、液体超声法和化学剥离法等。

但是(1)中合成的单层MoS₂薄膜不适合用作LIBs负极；而采用(2)合成的单层MoS₂产率低，而且单层MoS₂之间极易团聚，需要分散在溶液中使用，另外，使用(2)合成的单层MoS₂仍然存在固有的本征电导率较差的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于单层MoS₂的复合材料及其制备方法、电池负极、锂电池，该方法制备方法产率较高，生成的复合材料中单层MoS₂不发生团聚且本征电导率较好，具有良好的离子输运能力，用作锂离子电池负极时，可提升锂离子电池的容量、倍率性能和循环稳定性，达到高能量和高功率密度的要求。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于单层MoS₂的复合材料的制备方法，其包括以下步骤：取前驱体液，前驱体液中含有质量比为1：(0.7～1)：(1～2)的异辛酸钴、四硫代钼酸铵和N，N-二甲基甲酰胺；将前驱体液置于气相高压反应装置中，随后在保护气体环境中加热，以使得前驱体液分解成气相，并使得Co²⁺原位取代Mo⁴⁺。