[发明专利]一种二硫化钼/碳纤维网络柔性电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二硫化钼/碳纤维网络柔性电极及其制备方法和应用；柔性电极由二硫化钼包覆在三维碳纤维网络基体骨架表面构成，其制备方法是将棉质纤维纸置于含钼源和硫源的混合溶液中浸泡后，依次进行真空冷冻干燥，煅烧，冷却，即得柔性电极。该方法以棉质纤维纸为硫源和钼源的载体，通过高温碳化生成具有柔性的三维多孔导电碳纤维网络结构，同时实现二硫化钼的原位生成及负载，避免了传统电极制备过程中集流体、粘结剂和导电剂的使用，且该方法具有简单，高效等优点，得到的二硫化钼/碳纤维网络电极兼有良好的循环性能、倍率性能和柔韧性，可以作为柔性锂离子电池负极而广泛应用于可穿戴电化学储能或柔性电子产品等领域。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极，特别涉及一种二硫化钼/碳纤维网络柔性电极及其制备方法和在柔性锂离子电池中的应用，属于二次电池电极材料领域。

背景技术

柔性锂离子电池由于具有比能量高、循环寿命长、无环境污染和良好的柔韧性等特点，被广泛应用于柔性显示器件、可弯曲式电子产品和可穿戴式电子产品等中。然而，制备出具有低成本的、柔性的、环境友好的、高能量密度和高功率密度的锂离子电池仍然面临很大挑战，而其中的关键是电极材料尤其是负极材料。

近年来，二维过渡金属硫化物(TMDs)由于具有高理论容量、低成本和无环境污染等优点，被作为锂离子电池负极材料进行了广泛的研究。作为二维TMDs的代表，二硫化钼因在充放电过程中的四电子转移反应而具有高达669mAh/g的理论比容量。但是，二硫化钼由于锂离子反复脱嵌过程中大的体积改变和差的导电性，致使其循环性能和倍率性能很差。为了改善二硫化钼的结构稳定性和导电性，很多研究者将碳质材料，如多孔碳、碳纳米管、碳微球、石墨烯等和二硫化钼进行复合，显著提高了二硫化钼的循环稳定性。但是，这些二硫化钼/碳的复合材料往往制备周期长，原料成本高，能源损耗大；并且在将其制备成电极的过程中需要用到导电碳黑、粘结剂和集流体等，制备工艺繁琐，制备出的电极柔韧性差，不能满足柔性锂离子电池的要求。因此，如果能够找到某种低成本的碳质柔性材料作为集流体和二硫化钼复合制成自支撑、无粘结剂的电极，不仅能够提高二硫化钼的循环稳定性，简化电极的制备工艺，而且能够满足柔性锂离子电池对电极柔韧性的特殊要求。

发明内容

针对现有的二硫化钼与碳材料复合电极的应用局限，本发明的第一个目的是在于提供一种由二硫化钼与柔性三维碳纤维网络基体原位复合而成，具有良好柔韧性、循环性能和倍率性能的二硫化钼/碳纤维网络柔性电极。

本发明的另一个目的是在于提供一种工艺简单、流程短、成本低的制备所述二硫化钼/碳纤维网络柔性电极的方法。

本发明的第三个目的是在于提供二硫化钼/碳纤维网络柔性电极作为柔性锂离子电池负极使用，具有良好的柔韧性、循环性能和倍率性能，可以广泛应用在可穿戴电化学储能或柔性电子产品等领域。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种二硫化钼/碳纤维网络柔性电极，该柔性电极由二硫化钼包覆在三维碳纤维网络基体的骨架表面构成。

本发明的二硫化钼/碳纤维网络柔性电极采用的三维碳纤维网络基体为柔性基底，易于加工成型，同时其作为三维导电网络，导电性好，可以替换集流体使用，避免了使用粘结剂和导电剂；且二硫化钼是原位生成，其负载稳定性好，不易脱落，有利于提高电极的循环稳定性。

优选的方案，所述三维碳纤维网络基体是由直径为0.5～3μm的碳纤维交织成孔隙为1～15μm的三维网络结构。三维碳纤维网络基体具有发达的孔隙结构，其比表面积大，有利于活性物质暴露更多的活性位点，且孔隙结构能够为二硫化钼充放电过程中的体积膨胀提供缓冲空间。

优选的方案，所述二硫化钼呈片层状和/或絮状。包裹在碳纤维上的二硫化钼层稳定性好，在反复充放电过程中不易脱落，有利于提高电极的循环稳定性。

优选的方案，所述二硫化钼与碳纤维网络基体的质量百分比组成为：(5～60％)：(95～40％)。