[发明专利]一种二硫化钼纳米复合负极材料、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极材料、制备方法及其用途，更具体地涉及一种二硫化钼纳米复合材料、制备方法及其用途，属于锂离子电极材料及其制备领域。

背景技术

当前，我国石油需求总量的60％需要进口，不断飞涨的油价和日益增长的需求，迫切需要我国调整能源结构，加快新能源战略实施步伐。

与铅酸电池、镍镉电池等传统二次电池相比，锂离子电池具有放电电压高、能量密度高、循环寿命好、绿色环保等显著优点,因而迅速在包括手机和笔记本电脑在内的便携式电子消费品市场中占据重要位置。

目前，锂离子电池的应用领域已扩展至电动汽车、电动工具、智能电网、分布式能源系统、航空航天、国防等领域，成为21世纪最有应用价值的储能器件之一。

近年来，为了是锂离子电池具有较高的能量密度、功率密度，较好的循环性能以及可靠的安全性能，负极材料作为锂离子电池的关键组成部分受到了广泛关注。目前，商业化广泛使用的锂离子电池负极材料主要有两类：人造石墨和改性天然石墨，理论比容量为372mAh/g；立方尖晶石结构的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)，理论比容量为175mAh/g。可见，这两种材料的理论比容量都比较低，不能满足高容量、高功率、长寿命、高安全二次电池的发展要求，制约着锂电池性能的提升，因而新型的电池负极材料成为了当前的研究重要方向之一，普遍认为比较有前途的是一些新型碳基材料和基于合金化储锂机制的合金类材料。

二硫化钼是一种具有类石墨烯结构的层状化合物，其各层之间通过范德华力相互作用，有利于锂离子的嵌入，而且能为锂离子嵌入提供较多的空间。同时，二硫化钼自然资源充足，作为锂离子电池负极时具有较高的比容量，关于其结构和形貌对电化学性能的影响的研究已经成为热点。目前，二硫化钼(MoS₂)可作为润滑剂、储氢介质、催化剂，近年来作为电极材料应用于锂离子电池(理论容量为669mAh/g)，与传统的石墨材料相比容量提升2倍的水平。

当材料达到纳米尺寸时，锂离子扩散通道缩短，有效改善材料的导电性，从而显著提高电池快速充放电性能，同时在低温条件下仍能发挥较高的电化学性能，因此，纳米化是锂离子电极材料发展的重要方向。

常见的制备MoS₂纳米结构的方法有剥离法、气相反应法、高温固相法、热蒸发、模板法、水热反应、超声化学反应、软溶液基反应法等。但是通过这些方法制备的纳米材料存在着一些缺点，比如高的生产成本、过低的产量、制备工艺比较复杂。这些缺点极大地限制了它们的应用。因此采用更简单的方法获得具有特定结构的纳米材料在其具体应用上仍具有非常重要的意义。

CN102142537A公开了一种石墨烯/MoS₂复合纳米材料锂离子电池电极及其制备方法，所述材料的制备方法涉及首先制备氧化石墨纳米片，然后与钼酸盐反应，并超声分散处理得到石墨烯/MoS₂复合纳米材料。

CN102142541A公开了一种高容量和循环性能稳定的锂离子电池电极及其制备方法，其中该电极的活性物质为石墨烯纳米片/MoS₂复合纳米材料，其制备方法包括用化学氧化法以石墨为原料制备氧化石墨纳米片、在氧化石墨纳米片存在下一步水热原位还原法合成得到石墨烯纳米片/MoS₂复合纳米材料、最后以石墨烯纳米片/MoS₂复合纳米材料为活性物质制备电极。

CN103579419A公开了一种石墨烯/MoS₂/Si异质结薄膜太阳能电池及其制备方法。采用气体携载液相MoS₂的化学气相沉积方法，能较好控制流量和反应速度，得到超薄的、大面积均匀、表面平整粗糙度很小的MoS₂薄膜，有效减小了漏电流，提高太阳能电池的光电转换效率。利用化学气相沉积方法得到的大面积均匀、透明性和导电性良好的石墨烯薄膜作为透明导电电极，MoS₂/Si异质结对光生电子、空穴有很强的收集作用，提高了太阳能电池的光伏效应和转换效率。本发明提供的太阳能电池在100mW白光照射下，其开路电压达到0.98V，短路电流达到4.6mA，光能转换效率达到4.5％。